Cephalopod Camouflage hemmeligheder

Cephalopod Camouflage hemmeligheder

En almindelig blæksprutte (Octopus vulgaris) i skjul. Kan du få øje på det? Foto udlånt af Roger Hanlon

Roger Hanlons forelskelse i blæksprutter begyndte kort efter, at man skræmte det levende dagslys ud af ham.



Han snorklede i et lavvandet koralrev i Panama i 1968, da en eksplosion af vand fejede hen over hans mave og overraskede ham. 'Jeg cirklede på en måde rundt og ledte efter det, der i alverden skræmte mig så meget,' husker han. 'Jeg kunne ikke se, hvad det var, men blev bare ved med at stirre i denne fordybning af koraller og så til sidst en blæksprutte sidde der.'

Han observerede tålmodigt væsenet og noterede dets skiftende camouflage, mens det langsomt bevægede sig rundt for at føde. Efter cirka 20 minutter, 'Jeg var hooked for life,' siger han.

Den almindelige blæksprutte (Octopus vulgaris). Foto udlånt af Roger Hanlon

Hanlon er nu seniorforsker ved Marine Biologisk Laboratorium i Woods Hole, Massachusetts, hvor hans laboratorium primært fokuserer på at studere mekanismerne bag blækspruttecamouflage og signalering, samt adfærd og sanseoplevelser af disse bløde væsner. I løbet af 35 år har hans hold offentliggjort mere end 200 videnskabelige artikler om blæksprutter, ifølge Hanlon.

En egenskab, der fascinerer Hanlon, er den hastighed, hvormed disse bløde væsner kan forvandle sig. 'Meget få dyr kan ændre deres camouflage, især hurtigt,' siger han. 'Deres primære forsvarskilde bliver ikke opdaget eller genkendt, og de har udviklet denne evne i højere grad end andre dyr, vi kender til.' Mindst 30 af hans publicerede undersøgelser har medført eksperimentelle opstillinger designet til at pirre fra hinanden, hvordan blæksprutter ændrer deres farve og kropsmønster 'så hurtigt, med et så sofistikeret resultat.'

Og Hanlon har endnu et krav på berømmelse: Han er den menneskelige stjerne i en af ​​Science Fridays mest populære videoer, 'Hvor er blæksprutten?', såvel som dens efterfølger, 'Hvor er blæksprutten?”

Science Friday fangede Hanlon for at diskutere, hvad han hidtil har lært om blækspruttecamouflage, hvilke brændende spørgsmål der stadig er tilbage, og hvorfor blæksprutteoptagelserne i vores MolecularConceptor-video var særligt imponerende.

Du har beskrevet blækspruttefarvning som et tre-lags system. Kan du uddybe det?
Du har et øverste lag af kromatoforer [pigmenterede organer]; så har du et mellemlag af iridophores, som producerer den iriserende strukturelle farve; og så har du et kælderlag af leucophores [leuca betyder hvid]. Så der er to mekanismer på spil i huden, og kombinationen af ​​pigmenter og reflektorer giver optisk mangfoldighed.

Det øverste lag af kromatoforer er faktisk i tre farver og tre lag - gul, rød og brun. Der er et stort nervebundt, der styrer alle tre lag. Et andet sæt neuroner styrer ændringen af ​​iriscens. Det nederste lag har ingen neuroner; det ser altid ens ud hele tiden. Men hvis du selektivt udvider pigmenter over nogle dele af det hvide basislag af leukophorer og ikke andre, så skaber du høj kontrast.

Et nærbillede af hud fra almindelig blæksprutte (Sepia officinalis). Det øverste hudlag hos blæksprutter, blæksprutter og blæksprutter indeholder pigmenterede organer kaldet kromatoforer. Radiale muskler strækker sig fra hver kromatofor 'som egerne på en cykel [hjul], og de er forankret ude i periferien,' siger Hanlon. Når en blæksprutte trækker disse muskler sammen, åbner kromatoforen sig i en farveskive. Foto udlånt af Roger Hanlon

Så disse tre lag spiller ind i farve og mønster. Blæksprutter har også knopper i huden kaldet papiller. Bidrager de til hudens tekstur?
Ja, helt rigtigt. Noget, der er virkelig unikt ved disse dyr, som ingen andre dyregrupper har, er hudens formbare 3-D-tekstur. Den 3D-tekstur er en ekstra egenskab i camouflage, der er meget vigtig for visuelt bedrag.

I de sidste par år har vi arbejdet med at finde ud af, anatomisk, hvordan de laver disse bump, og det er dybest set en muskuløs hydrostat. Papillerne i en blæksprutte eller en blæksprutte har koncentriske muskler og lodret orienterede muskler, og når de klemmer de koncentriske, slapper de af i de lodrette, og bumpen går op. Og når de trækker de lodrette sammen og slapper af de koncentriske, går bumpen ned, lidt som en ballon fuld af vand – klem i midten, noget må give sig andre steder. Det er en meget grov forklaring på, hvordan det fungerer, men det er i bund og grund det.

Et af de irriterende spørgsmål er: Hvordan kontrollerer de det? Disse dyr har ikke binokulær stereopsis, som et menneske har - de har deres øjne, hvor dine ører er, så de ser på baggrundens 3D-tekstur med det ene øje, og så gengiver de det i deres hud. Det er virkelig en ret spektakulær, men alligevel ukendt mekanisme.

Har blæksprutter et begrænset sæt camouflage at trække på, eller er der ubegrænset variation?
Det er absolut ikke grænseløst. Det, der virkelig fik mig ind i alt dette, er, hvor hurtigt det hele sker. Hvordan kunne de analysere så meget visuel information i baggrunden og derefter orkestrere titusindvis af millioner kromatoforer, gud ved hvor mange millioner af iridophorer, for ikke at nævne alle de hudbuler – og der er tusindvis af dem – og gøre det hele inden for et sekund ? Mængden af ​​visuel behandling, der skulle finde sted for at se på al information omkring dem, ville kræve en supercomputer på størrelse med en Volkswagen, og du ved, blæksprutter har en stor hjerne, men den er ikke så stor. Der skal være en genvej til den tilsyneladende umulige ting, de gør.

Og genvejen er, at der ikke er snesevis og snesevis af camouflagemønstre. Jeg har analyseret titusindvis af billeder af disse dyr under vandet og i laboratoriet, og det, vi finder, er tre til fem grundlæggende mønsterskabeloner, de bruger til at skabe camouflage på enhver baggrund. Dette er fuldstændig kontraintuitivt. Men det står for hastigheden.

Her er konceptet: Hvis dyrene kun har tre grundlæggende mønsterbeslutninger at træffe, har de kun brug for en simpel visuel cue i baggrunden for at fortælle dem, at de skal slå mønster 1 til, en anden visuel cue for at slå mønster 2 til, og en anden for mønster 3. Så det forenkler den neurale behandling enormt - måske kan de ignorere det meste af den information, de ser i et komplekst koralrev, der omgiver dem. Vi kalder disse mønstre ensartede, plettede og forstyrrende.

Der er en vis variation i farve og kontrast, men de får mønsterbeslutningen gjort rigtig hurtigt, og resten kommer et par millisekunder senere. Vi forstår ikke hele den neurale del - vi har ikke nok data - men jeg tror, ​​vores generelle idé holder til eksperimenter.

Forresten - vi har ikke offentliggjort dette - men vi kigger på en masse dyr. Jeg har billeder af sommerfugle og fugle og spækhuggerhvaler og alle slags dyr, og du kan passe dem ind i disse kategorier af uniform, plettet og forstyrrende, med en eller anden kunstnerisk licens. Den måde, jeg kan lide at forklare det på, er, at disse dyr har fundet ud af, hvordan de kan udnytte nogle grundlæggende bevarede træk ved al rovdyrsyn. Jeg tror, ​​det er det centrale.

Kan de mikse og matche forskellige mønstre?
De kan blande og matche dem lidt. Vi har faktisk lavet og udgivet eksperimenter, hvor vi gav dyret [en europæisk blæksprutte] information i venstre øje, der sagde 'gå forstyrrende', og vi gav det anden information i højre øje, der sagde 'go mottle', og vi ønskede for at se, hvad dyret ville gøre. Hvad de aldrig gør, er at blive plettet på den ene side og forstyrrende på den anden, fordi enhver bilateral asymmetri som den vil blive opfanget, og de ville helt sikkert være dødt kød. Så de blander og matcher en lille smule ensartet over hele kropsoverfladen. Det er et rigtig fedt system, meget tilpasningsdygtigt.

Det brændende spørgsmål blandt de hårde visionsforskere er, om der er et kontinuum blandt disse camouflagemønstre, eller om de er diskrete undergrupper. Det argument er ikke fuldt løst.

En kæmpe australsk blæksprutte (Sepia apama) bærer forskellige kropsmønstre. Foto udlånt af Roger Hanlon

Bruger blæksprutter forskellige typer camouflage til forskellige formål?
Ja, absolut. Når de er på en flad, todimensionel baggrund eller en mild, tredimensionel baggrund, vil de bruge generel baggrundslighed [hvad nogle måske kalder baggrundsmatchning], som er beregnet til at skære ned på detektion.

Men hvis du ikke kan undgå at blive opdaget, så går du til det, der kaldes disruptive patterning, som hindrer genkendelse. Så i dette tilfælde vil dyret bogstaveligt talt ligne sig selv ved at skabe alle slags højkontrastkomponenter af mønsteret, så det er svært at sige, hvor kanten er, og hvor hovedet er, og hvor alle vedhængene er.

Og de vil også gøre det, der er det dummeste udtryk af alle, maskerade, som ligner et andet objekt i den visuelle baggrund. Så for eksempel, hvis en blæksprutte bevæger sig hen over en åben sandslette, og der er en sten eller en alge i nærheden, vil dyret få sig selv til at ligne stenen eller algerne i stedet for sandet – de kigger specifikt på det objekt og mere eller mindre efterligner det.

Der er også mimik, som ser ud og opfører sig som et andet dyr. Den mimiske blæksprutte i Indonesien og den i Florida vil forvandle sig til den flade form af en flad fisk eller en skrubbe, når de er på en åben sandslette, og de vil svømme med den slags adfærd, og de vil også sætte et mønster på, der i mange tilfælde ligner en skrubbe. Så i dette tilfælde efterligner de en meget almindelig fisk i området. Det er ikke camouflage i sig selv; det er en slags undergruppe, hvor de igen ikke ligner en blæksprutte.

Jeg forstår, at blæksprutter er farveblinde.
Ja, hvert eneste bevis, vi har, siger, at de er farveblinde, men de ser ud til at være farve-matchende baggrunden. Så hvordan gør de det? Og svaret er, vi ved det bare ikke.

Men dette fører til en potentielt ny, spændende ting. På grund af denne manglende evne til at forstå, hvordan de laver farvetilpasning, spurgte vi, om de kan opfatte lys på en eller anden måde uden for øjnene. Vi foretog en gensøgning og lavede en masse antistofarbejde og viste, at opsin-molekyler er fordelt gennem huden på blæksprutter og blæksprutter, og et andet laboratorium viste, at de er i blæksprutte. Det er de samme opsin-molekyler, der er i dyrets nethinde, der detekterer lys. Så det betyder, at dyrene hypotetisk kan registrere lys på en eller anden måde med deres hud.

Vores gruppe viste også, at ikke kun er de samme opsin-molekyler der, men to andre molekyleklasser, der er nødvendige i et kaskadesystem for at detektere lys i nethinden, er også i huden - endnu mere bevis på, at de er der for at gøre noget med lys. Men vi har ikke produceret nogen god adfærdsmæssig dokumentation for at vise, at huden reagerer på lys.

Todd Oakleys laboratorium ved UC Santa Barbara udgav imidlertid et papir ryg mod ryg med vores det sidste år, og han brugte blæksprutte som en modelorganisme, og han fik huden til at reagere på lys. Tilsammen blev vores to artikler udgivet i Journal of Experimental Biology .

Men dette kommer ikke til farvespørgsmålet, fordi de opsin-molekyler, som vi var i stand til at skelne, stadig kun er indstillet til én farve. Det betyder, at de er monokromatiske. Men du skal være en dichromat eller en trichromat eller en tetrachromat for at skelne farve.

Vores seneste hypotese er, at disse opsiner i huden kan regulere hudens generelle lysstyrke eller intensitet. Alligevel kan der være andre opsiner i huden, der er indstillet til andre bølgelængder, eller det kan være, at kromatophorpigmenterne ligger over disse opsin-molekyler - som en gul pigmentkromatofor, der ligger over en opsin, der er indstillet til blåt, kunne give dig en lille smule farvediskrimination . Men vi strækker biologien her; der er ingen data.

En af blæksprutterne, hvis camouflage imponerer Hanlon mest, er Sepioteuthis sepioidea, som findes på caribiske koralrev. Foto udlånt af Roger Hanlon

Er der noget, du virkelig håber at pirre ud af om blæksprutter?
Er de virkelig farvematchede til baggrunden i rovdyrs øjne? Dette er et stort spørgsmål, der går langt ud over blæksprutter. Hvordan ser verden ud i beskuerens øje?

Alt, hvad vi gør, og hvordan vi ser, og alle vores computerskærme og alt er kun til menneskesyn, og sådan ser verden ikke ud for andre dyr, så vi har lige udviklet et hyperspektralt kamera. der har 16 farver i hver pixel i stedet for tre farver, spredt fra ultraviolet gennem det synlige område.

Nu, hvad vi gør, er, at vi tager et billede af en camoufleret blæksprutte på et rev eller en sommerfugl i en skov, og vi går tilbage i efterbehandling og spørger, hvordan ser dette ud for et fuglerovdyr som en høg eller en dykning fugl, eller en fisk under vandet, der er tetrakromatisk? Vi fjerner de fleste af de 16 farver, og vi efterlader de to, tre eller fire, som vi ved, at rovdyr er indstillet på, og vi forestiller os, at det i farverummet er mere omhyggeligt gearet til, hvad det rovdyr, ikke mennesker, kan se.

Dette er et gennembrud, fordi teknologien tidligere ikke tillod folk at lave kameraer, der havde så meget farve i sig. Det kamera er blevet bygget; vi har brugt det i omkring et år på land. Undervandshuset bliver lavet mens vi snakker. Sanseøkologer, sansebiologer, synsfolk har længe ønsket at vide, hvordan verden ser ud for andre dyr, og nu har vi fået en vej frem. Jeg tror, ​​at det virkelig kommer til at ændre vores syn, både på land og hav, af, hvilken farve dyr ser, enten i et farvecamoufleret bytte eller under iøjnefaldende signalering om tiltrækning af mage eller noget lignende.

Jeg er nødt til at spørge om Science Fridays 'Hvor er blæksprutten?' video. I begyndelsen sagde du, at du skreg – skreg du i vandet, eller da du så de optagelser, du optog?
Jeg skreg i vandet med det samme! Jeg vidste bare, at jeg havde noget virkelig fantastisk. Jeg havde filmet det dyr i 45 minutter. Da jeg kom op af vandet måske 10 minutter senere, skreg jeg et blodigt mord, og alle troede, at jeg havde en dykkerulykke. [Han forsikrede dem om, at han var okay.]

Hvorfor fik den ene blæksprutte dig til at skrige, hvis du har studeret disse organismer i så mange år?
Fordi jeg aldrig visuelt havde set den dramatiske sekvens så tydeligt indrammet. Jeg har prøvet at skyde sådan en sekvens lige siden og aldrig kommet tæt på. Det var et heldigt skud, men held begunstiger de forberedte - jeg lavede en meget regimenteret undersøgelse af dyret, og jeg nærmede mig det med forskellige hastigheder, og det var femte gang, jeg nærmede mig det, og denne gang, i stedet for at nærme mig hurtigt , jeg kom super langsomt ind og buede rundt. Kuppelporten på videokameraet var ikke mere end tre til fire tommer fra dyret, før det besluttede sig for at flytte, fordi jeg kom så langsomt ind, og det gjorde forskellen. Det var bare den perfekte storm for at få alt til at ske sammen.

Dette interview er redigeret for plads og klarhed.

Deltag i Science Fridays Sea Of Support

Med hver donation på (for hver dag i blæksprutterugen) kan du sponsorere en anden illustreret blæksprutte. Blækspruttemærket sammen med dit fornavn og by vil være en del af vores Hav af Supportere !

Doner