Нова камерна система ни позволява да видим света през очите на животните – ето как работи тя

Въпреки че съществуват организми като тихоокеанската минога и звездоносата къртица, които се придвижват по света без предимството на зрението, по-голямата част от видовете на Земята са еволюирали така, че да комуникират и да интерпретират информацията чрез светлина и цветове. Някои създания са развили изключително екстравагантни визуални демонстрации, сложни техники за камуфлаж, координирано поведение при атака и много други жизненоважни умения, дължащи се изцяло на цветното зрение. Както се оказва, много животни притежават свои собствени уникални визуални езици, които се основават на техните специфични еволюционни адаптации към средата.

Добре известно е, че това, което ние наричаме „видима светлина“, е само една изключително тясна част от целия електромагнитен спектър. Гледките и цветовете, които ние, хората, възприемаме ежедневно, се дефинират изцяло от нашата зрителна система и по-специално от фоторецепторните клетки в очите ни, известни като пръчици и колбички. Другите животни обаче притежават напълно различни колекции и набори от тези клетки. Някои имат много повече видове рецептори (като удивителния рак-богомолка), докато други имат по-малко (като кучетата). В резултат на това различните видове съвсем буквално виждат заобикалящия ни свят по коренно различен начин от нас. И това не е просто въпрос на нюанси или разделителна способност; някои животни могат да виждат далеч извън границите на човешкото възприятие, като например ултравиолетовото (UV) зрение, което се среща при северните елени, паяците-скачачи и редица други представители на фауната.

Много от нас в един или друг момент са се питали дали цветовете, които виждат, са абсолютно същите като цветовете, които виждат останалите хора около тях. Това е въпрос, на който може би е невъзможно да се отговори с пълна научна категоричност. Вероятно никога няма да бъде възможно да погледнем със съвършена точност през очите на друг човек, но нов доклад, публикуван в престижното научно списание PLOS Biology, показва, че учените са постигнали огромен прогрес в пресъздаването на визуалното изживяване на други видове, притежаващи съвсем различни зрителни системи.

Поглед към зрението на животните с нови очи

Учените успяват да пресъздават зрението на животните до известна степен от известно време насам, но досега този процес беше съпътстван от някои много сериозни ограничения. Чрез метод, известен като мултиспектрална фотография, изследователите улавят светлина в широк спектър, събирайки данни далеч извън обхвата на човешкото визуално възприятие. След това учените могат да филтрират тези изображения, за да създадат приблизителна оценка за това какво вижда дадено животно. Този подход работи сравнително добре на практика, но обикновено изисква заснемането на изцяло статични изображения и наличието на много специфични контролирани условия на осветеност.

Сега обаче мултидисциплинарен екип, съставен предимно от експерти от департаментите по биология, компютърни науки и статистика в Университета „Джордж Мейсън“ (George Mason University), разработи изцяло нов и революционен подход за пресъздаване на това, което виждат животните. Системата, създадена съвместно с колеги от Училището за науки за живота към Университета в Съсекс (University of Sussex), Училището за науки за околната среда към Университета в Гуелф (University of Guelph) и Изследователската лаборатория на Военноморските сили на САЩ (U.S. Naval Research Laboratory), работи успешно с движещи се изображения (видео). Тя постига това, като взема предвид важни динамични характеристики като движението във визуалното поле, промените в осветеността, отражателната способност на повърхностите и индивидуалната чувствителност на самите фоторецептори – и то без да изисква специално изработен по поръчка, скъпоструващ хардуер.

Как учените пресъздадоха зрението на животните с общодостъпни технологии

Въпреки че крайните резултати са на върха на съвременните научни постижения, използваният хардуер е сравнително стандартен и достъпен на пазара за потребителска техника. Системата е изградена с помощта на готови компоненти, включително популярни безогледални камери Sony a6400 и 80-милиметров (80 mm) обектив за фотоувеличител EL-Nikkor f/5.6, поставен в специално проектиран и 3D отпечатан защитен корпус. Допълнителният хардуер включва високотехнологичен светоразделител (лъчеразцепител), който отделя ултравиолетовата светлина от видимата светлина и изпраща двата независими сигнала към две отделни и самостоятелни камери. Освен ултравиолетовия спектър, системата улавя едновременно визуална информация в синия, зеления и червения канал.

Преминавайки през обектива, светлината се сблъсква с дихроичен светоразделител, който отразява късовълновата светлина с дължина на вълната под 425 нанометра. След това тази отразена светлина преминава през филтър, който пропуска единствено дължини на вълните под 390 нанометра. Накрая тази светлина достига до първата камера, която е хардуерно модифицирана специално за улавяне на ултравиолетова светлина. Междувременно видимата светлина с дължина на вълната между около 425 и 720 нанометра преминава директно през разделителя и се улавя от втората стандартна камера. Тези визуални данни след това се съпоставят и обработват в реално време спрямо известните софтуерни модели за зрителната чувствителност на различните животни, за да се генерират видеоклипове, които пресъздават резултати, максимално близки до това, което те реално виждат в природата.

Способността да се изобрази светът точно така, както се възприема от напълно различен биологичен вид, може да ни помогне да разберем слоеве от възприятия, които досега са били пренебрегвани или недооценявани от научната общност – като например начина, по който различните условия на осветеност в гората или откритите пространства влияят на зрението при отделните видове. Освен за строго фундаментални научни изследвания в областта на поведенческата екология и еволюционната биология, тази иновация може да намери изключително широко приложение и в развлекателната индустрия. Тя е готова за внедряване при заснемането на игрални филми и високобюджетни документални поредици за природата, позволявайки на режисьорите и операторите да покажат на зрителите пред екрана много по-точна, вълнуваща и реалистична гледна точка през очите на самите животни.