Glavni Novice Kako hobotnice spremenijo barvo?

Kako hobotnice spremenijo barvo?

Fotografija modre hobotnice na morskem dnu

Hobotnice so znane po tem, da hitro spreminjajo barvo, da se zlijejo z okolico.(Zasluge za sliko: Shutterstock)

(odpre se v novem zavihku)

Hobotnice so lahko ultimativni čudaki narave: imajo mehka telesa, ki se lahko stlačijo skozi drobne razpoke; osem krakov, pokritih s priseski, ki jih je mogoče ponovno zrasti; tri srca, ki črpajo modro kri (bogato z baker ) po svojih žilah; in ogromnimi možgani v obliki krofa, ki jim dajejo večjo inteligenco v primerjavi z drugimi nevretenčarji. Toda najbolj osupljiva lastnost hobotnic je nedvomno njihova sposobnost, da hitro spremenijo barvo in se zlijejo z okolico ter se poljubno kamuflirajo.

Kamuflaža je pomembna veščina, ki si jo delijo skoraj vsiglavonožci— skupina morskih nevretenčarjev, ki vključuje tudi lignje in sipe — vendar so jo hobotnice ponesle na povsem drugo raven. Te živali imajo najvišjo ločljivost vzorcev med vsemi glavonožci in prikazujejo nekatere najhitrejše barvne prehode v celotnem živalskem kraljestvu. (V redu hobotnic je okoli 300 vrst hobotnic. V tem članku se izraz 'hobotnice' uporablja za opis splošnih trendov v skupini, vendar ni vsaka vrsta sposobna spremeniti barve, kamuflažna mehanika, ki jo uporabljajo, pa se lahko razlikuje .)

Obvladovanje kamuflaže hobotnic je raziskovalce zmešalo že od samega začetka znanosti. Pred približno 2400 leti je Aristotel, starogrški filozof, ki ga pogosto imajo za enega od ustanovnih očetov sodobne znanosti, zapisal podrobna opažanja kamuflaže hobotnice – prva znana oseba, ki je to storila, Leila Deravi, biokemičarka na univerzi Northeastern v Massachusettsu ki preučuje mehaniko kamuflaže hobotnice, je povedal Live Science. Toda čeprav so kamuflažo hobotnice 'preučevali in opazovali že stoletja, do nedavnega ni bilo veliko napredka', je dejala.

Sorodno: Kakšna je razlika med rokami in lovkami?

Evo zakaj: Spreminjanje barve pri glavonožcih je kompleksen proces, ki vključuje veliko različnih mikroskopskih komponent. Zaradi tega je 'skoraj nemogoče' natančno odgovoriti, kako deluje, je dejal Deravi. Vendar pa je v zadnjih nekaj desetletjih vrhunska tehnologija omogočila raziskovalcem, da 'raztrgajo' posamezne komponente kamuflaže za glavonožce in zdaj začenjajo razumeti, kako delujejo, je dejala.

Zakaj hobotnica spreminja barvo?

Hobotnice lahko spreminjajo barvo, ker imajo kromatoforje – drobne organe, ki spreminjajo barvo in so posejani po koži hobotnice.

V središču vsakega kromatoforja so drobne vrečke, napolnjene z nanodelci pigmenta, imenovanega ksantomatin, je dejal Deravi. Pigmentne vrečke so obdane z elastičnim matriksom, ki je nato povezan z mišičnimi celicami, ki obdajajo vrečko v obliki koničaste zvezde, je dodala. Ko se te mišične celice skrčijo, se pigmentni mešiček raztegne, kar omogoči več svetlobe, da vstopi v celico in se odbije od delcev ksantomatina. Ker ksantomatin absorbira določene valovne dolžine ali barve vidne svetlobe, je svetloba, ki jo odbija nazaj iz kromatoforja, drugačne barve v primerjavi s svetlobo, ki je prva vstopila v celico.

V koži hobotnice so tri plasti kromatoforjev in vsaka plast ima delce ksantomatina, ki odbijajo drugačno barvo. Zgornja plast proizvaja rumeno barvo, srednja plast odbija rdečo barvo in spodnja plast proizvaja rjavo barvo, je dejal Deravi. Hobotnice lahko kombinirajo te barve s spreminjanjem oblike kromatoforjev v vsaki plasti, kar glavonožcem omogoča ustvarjanje širokega nabora odtenkov.

Vsak posamezen kromatofor, ki jih je lahko na desettisoče ali celo milijone, odvisno od velikosti vrste, je nadzorovan z neposrednimi živčnimi signali iz možganov hobotnice, ki povzročijo, da se mišice, ki obkrožajo vrečko, skrčijo ali sprostijo in spremenijo njeno obliko. 'To je tako, kot bi upognili svoje bicepse, vaši možgani signalizirajo, da se upognejo in se upognejo,' je dejal Deravi. 'S kromatoforji [hobotničini] možgani signalizirajo, naj vlečejo te mišice, da odprejo te vrečke,' kar nato spremeni barvo kože.

Spodnja objava na Instagramu prikazuje kromatoforje lignjev, ki se krčijo in sproščajo v ritmu pesmi 'Insane in the Brain' skupine Cypress Hill. V tem scenariju kromatoforne mišice napačno razlagajo vibracije glasbe kot živčne signale.

Objava, ki jo je delil Live Science (@live_science) (odpre se v novem zavihku)

Fotografija, ki jo je objavil on

Kromatoforji niso edine strukture, ki sodelujejo pri spreminjanju barve. Dodatni organi, znani kot iridoforji in levkoforji, v koži nekaterih vrst hobotnic lahko pomagajo izboljšati ali spremeniti barve, ki jih proizvajajo.

Iridoforji so nekoliko večji od kromatoforjev in pomagajo ustvariti hobotnice bolj svetleče in kovinske barve. Glede na študijo iz leta 2018, objavljeno v reviji, iridoforji vsebujejo beljakovino, imenovano reflektin, ki se nabira znotraj iridoforjev in ustvarja zrcalni učinek. Znanost IOP (odpre se v novem zavihku). Levkoforji so po velikosti podobni kromatoforjem, vendar imajo specializirane bele pigmente namesto ksantomatina, ki razpršijo ali lomijo svetlobo in pomagajo nadzorovati kontrast in svetlost barv, je dejal Deravi. Tako iridoforje kot levkoforje se razširijo in skrčijo z živčnimi signali iz možganov, tako kot kromatoforji.

Modra hobotnica plava v vodi

Iridoforji hobotnicam pomagajo proizvajati mavrične modre in vijolične odtenke.(Zasluge za sliko: Shutterstock)

(odpre se v novem zavihku)

Sorodno: Kakšne barve so bili dinozavri?

Hobotnice imajo v svoji koži tudi mehanizem, ki jim pomaga spremeniti teksturo, kar doda še eno plast njihovi kamuflaži. Imajo drobne izbokline, imenovane papile, ki jih je mogoče sprostiti, zaradi česar je koža gladka kot morske alge, ali skrčiti, zaradi česar je koža grudasta in hrapava kot kamen. Papile prav tako nadzirajo živčni signali iz možganov, vendar je ta proces spreminjanja teksture še manj razumljen kot spreminjanje barve, je dejal Deravi.

Zakaj so hobotnice tako dobre pri spreminjanju barve?

Številne živali se zanašajo na kamuflažo, vendar so hobotnice v svoji ligi, predvsem zaradi hitrosti in natančnosti, s katero lahko prehajajo med zelo različnimi barvami. 'To je delček sekunde,' je dejal Deravi. 'Mislim, da so najhitrejši [prehodi] pod 100 milisekundami (0,1 sekunde), kar je hitreje kot bi mignil.'

V nasprotju s tem lahko kameleoni potrebujejo nekaj sekundveč kot minutopopolnoma spremeniti barvo.

Poglej več

Hobotnice lahko tako hitro spremenijo barvo, ker so 'njihovi možgani globoko povezani s površino kože,' je dejal Deravi. 'Imajo te zelo hitre signalne mehanizme, da lahko rečejo 'vklopi tukaj' in 'izklopi tam' po celem telesu.'

Glavni razlog za to medsebojno povezanost med možgani in kožo je, da za razliko od večine živalskih možganov možgani hobotnice niso omejeni na eno samo področje (tj. glavo). Poleg svojih možganov v obliki krofa imajo hobotnice 'možganske žepe' ali vozle po vsem telesu in rokah, je dejal Deravi. Raziskovalci verjamejo, da to omogoča posameznim rokam hobotnice, da imajo lasten um, ki bi lahko imel vlogo pri spreminjanju barve. 'Vendar pa je poskušanje razumeti, kako to deluje, povsem drugo raziskovalno področje,' je dodala.

Fotografija spodnje strani hobotnice, ki prikazuje priseske na rokah.

Možgani hobotnice niso omejeni le na njihove možgane v obliki krofa, ampak tudi na njihovih rokah.(Zasluge za sliko: Shutterstock)

(odpre se v novem zavihku)

Deravi je dejal, da imajo hobotnice tudi več kromatoforjev kot lignji in sipe na kvadratni centimeter kože, kar jim pomaga ustvariti vzorce super visoke ločljivosti v primerjavi z drugimi glavonožci.

Vendar še vedno obstaja ena velika nerešena skrivnost, ki obdaja kamuflažo glavonožcev: zakaj so tako dobri pri usklajevanju svoje barve kože z okolico. Kljub njihovi zmožnosti ustvarjanja najrazličnejših barv je večina hobotnic in drugih glavonožcev dejansko barvno slepih: oči hobotnic imajo samo eno vrsto fotoreceptorjev, celice pretvorijo svetlobo v živčne signale, kar pomeni, da lahko zaznajo le razlike v svetlobi. intenzivnosti, glede na pregledni dokument, objavljen leta 2020 v reviji Meje v fiziologiji (odpre se v novem zavihku). (Človeške očiimajo štiri vrste fotoreceptorjev.)

Ena možna razlaga je, da hobotnice lahko vidijo barve brez fotoreceptorjev. Študija iz leta 2016, objavljena v reviji Biofizika in računalniška biologija (odpre se v novem zavihku)je domneval, da obstajajo dodatne vrste receptorjev v očeh hobotnice, ki jih ne poznamo in bi lahko glavonožcem omogočile, da vidijo barve na drugačen način kot ljudje in druge živali.

Obstajajo tudi teorije, da bi lahko svetlobni receptorji v koži pomagali hobotnicam uskladiti barve okoli sebe. Prejšnje študije so pokazale, da kraki hobotnice lahko reagirajo na spremembe jakosti svetlobe ko hobotnice ne vidijo. Vendar pa še ni dokazov, da jim to pomaga videti barve.

Fotografija glave hobotnice, ki prikazuje dve rumeni očesi.

Hobotnice in večina drugih glavonožcev so dejansko barvno slepi, ker imajo njihove oči samo eno vrsto fotoreceptorjev.(Zasluge za sliko: Shutterstock)

(odpre se v novem zavihku)

Sorodno: Kakšne barve je vesolje?

Razumeti več o tem, kako hobotnice spreminjajo barvo, je izjemen izziv, saj raziskovalcem zaradi njihove inteligence ni dovoljeno eksperimentirati na glavonožcih, medtem ko so živi, ​​je dejal Deravi. (Hobotnice veljajo za inteligentne, ker lahko rešiti zapletene probleme (odpre se v novem zavihku), uporabljajte orodja in čutiti bolečino (odpre se v novem zavihku).) V Združenem kraljestvu je bilo predlagano, da bi morali biti hobotnice in lignji uvrščeni med čuteča bitja .

Zakaj se morajo hobotnice kamuflirati?

Čeprav mehanike kamuflaže hobotnice še vedno odkrivajo, znanstveniki veliko bolje razumejo, zakaj te osupljive živali spreminjajo barvo.

'Hobotnice nimajo zunanje zaščite,' je za Live Science povedala Jennifer Mather, psihologinja z Univerze Lethbridge v Kanadi, ki je specializirana za vedenje glavonožcev. Za plenilca je hobotnica 'nezaščiten paket'. beljakovine ,« kar pomeni, da »v bistvu vsi v oceanu želijo, da bi jih dobili,« je rekla.

'Evolucijsko gledano hobotnica ni imela izbire,' je dejal Mather. 'Brez fizične zaščite je moral razviti načine, da ne bi bil viden.'

Nekatere hobotnice so razvile druge načine skrivanja. Na primer, izmuzljivo steklene hobotnice so izgubili vse svoje kromatofore in postali skoraj popolnoma prozorni. Vendar pa je za vrste, ki se zanašajo na spreminjanje barve, prilagajanje njihovega odtenka inherentna sposobnost, ki jim je na voljo od trenutka, ko se rodijo (kot lahko vidite v spodnjem videoposnetku hobotnice, ki se izleže v Virginia Aquarium & Marine Center znanosti).

Poglej več

Obstajajo tudi druge uporabe za kamuflažo, kot je lov. 'O tem ponavadi razmišljamo kot o obrambni sposobnosti in mislim, da je bolj pomembno kot obramba,' je dejal Mather. 'Toda to ne pomeni, da ni koristno, če se nečemu pretihotapimo.'

Poleg tega, da hobotnice ostanejo neopažene s svojim plenom, lahko uporabljajo tudi presenetljive prikaze, kjer zlomijo kamuflažo in omamijo svoj plen z drastičnimi, hitrimi barvnimi prehodi, preden jih hitro ujamejo, je dejal Mather.

Lignji in sipe uporabljajo barvne zaslone na svoji koži za komunikacijo med posamezniki. To počne tudi nekaj vrst hobotnic – lahko ustvarijo enobarvne trakove, da pritegnejo partnerje ali opozorijo tekmece med razmnoževanjem – vendar je to veliko bolj osnovno kot komunikacijski prikazi pri drugih glavonožcih, je dejal Mather. Vendar pa so hobotnice ponavadi zelo asocialne živali in redko komunicirajo z drugimi hobotnicami, zato imajo manj potrebe po komunikaciji, je dodala.

Kljub temu pa hobotnice včasih uporabljajo svoje barve za komunikacijo z drugimi živalmi. Na primer hobotnice z modrimi obročki – štiri vrste majhnih, a izjemno strupenih hobotnic – proizvajajo svetleče svetleče obroče, ki opozarjajo živali, naj se jim izogibajo, da bi se izognile zastrupitvi, je pokazala študija iz leta 2019, objavljena v reviji Raziskave mehkužcev (odpre se v novem zavihku).

Fotografija hobotnice z modrimi obroči, ki ustvarja prelivajoče se modre obroče, ki druge živali opozarjajo na njihovo izjemno strupeno kožo.

Hobotnice z modrimi obroči ustvarjajo prelivajoče se modre obroče, ki druge živali opozarjajo na njihovo izjemno strupeno kožo.(Zasluge za sliko: Shutterstock)

(odpre se v novem zavihku)

Leta 2019 so znanstveniki posneli videoposnetek hobotnice po imenu Heidi spreminja barve v spanju (odpre se v novem zavihku), kar je sprožilo ugibanja, da utegnejo hobotnice spremeniti tudi barvo, ko sanjajo. Raziskovalci so ugotovili človeškim ciklom spanja pri hobotnicah, vendar niso vsi raziskovalci prepričani, da lahko spremembe barve zagotovo označimo kot sanjanje. 'Dovolj slabo je poskušati ugotoviti, kako ljudje sanjajo,' je rekel Mather. 'Popolnoma nemogoče je ugotoviti, kako sanjajo hobotnice.'

Čeprav je kamuflaža prirojena sposobnost večine hobotnic, raziskovalci domnevajo, da je to nekaj, v čemer postanejo veliko boljše skozi celotno življenjsko dobo, ki običajno traja približno eno do dve leti. 'Mislim, da se izboljšajo, ko postanejo starejši,' je dejal Mather. 'Ko so mladi, so zelo dobri, vendar mislim, da postanejo boljši v niansah, ko postanejo starejši.' Prav tako se sčasoma naučijo kombinirati spreminjanje barv z drugimi vedenji, kot je skrivanje v razpokah ali spreminjanje oblike telesa, je dodala.

Zanimivi Članki