Skip navigation

Polarizációlátás a rovarvilágban

Barkós katona-szitakötő (Sympetrum vulgatum) feji része (Fotó: Kriska György)

A fénypolarizáció érzékelésére képes állatcsoportok közül különösen a rovarok között találunk olyanokat, amelyek számára ez az egyéb optikai jegyeket kiegészítő inger létfontosságú információhordozó. A fénypolarizáció érzékelésével kapcsolatos rovartani kutatások eredményei kezdetben az egyes rovarfajok térbeli tájékozódásának vizsgálatához kapcsolódtak. Ennek során elsőként K. Von Frisch (1965) volt az, aki megállapította, hogy a háziméhek tájékozódása részben az égbolt polarizációs mintázata alapján történik, ha a Napot felhők takarják. Ebben az esetben a méhek az ég polarizáció-eloszlásának tükörszimmetriája alapján határozzák meg a szoláris meridiánt, amely lehetővé teszi számukra a Nap helyzetének megállapítását. A háziméh szemének vizsgálata napjainkra már az anatómiai és funkcionális alapjait is feltérképezte a K. Von Frisch által megfigyelt tájékozódási képességnek.

A rovarok két nagy oldalszemén gyakran nagyító nélkül is számos (fajtól függően sokszor több ezer) apró, többnyire szabályos hatszög alakú facetta ismerhető fel. Ahány ilyen facetta van, annyi elemi szemből (ommatídiumból) tevődik össze az összetett szem. Ez a szemtípus a rovarokban éri el legmagasabb fejlettségi fokát. Az összetett szemet nem védi szemhéj, és általában nem is mozgatható. Legkülső felülete a cornea, ez alatt pedig az úgynevezett dioptrikus készülék kezdődik egy 15-50 µm átmérőjű fénygyűjtő kitinlencsével, ami egy fényvezető kristálykúpban folytatódik.

A házilégy bal appozíciós összetett szemének vízszintes keresztmetszeti rajza az aggyal és a vizuális jelek neurális “átkapcsolási állomásaival” (lamina, medulla, lobula). Az appozíciós összetett szem és a lencsés szem képalkotása

A dioptrikus készülék alatt vannak a fotoreceptorok, a hosszúkás fényérzékeny retinulasejtek. Minden ommatídium hét vagy nyolc retinulasejtet foglal magában, melyek együttesen alkotják a retinát. A retinulasejtek egymás felé néző, kefeszegélyszerű éle egy központi oszlopot alkot, melyet rhabdomnak nevezünk. Lényegében ez az ommatídium fényelnyelő készüléke. A benne lévő számtalan látópigment molekula fény hatására elbomlik, és egy fotokémiai reakciósorozat eredményeként a retinulasejtek membránján elektromos aktivitás lesz tapasztalható. Az így kialakuló elektromos jelek az egyik retinulasejt axonján keresztül több más idegsejten át vezetődnek az agy vizuális információkat feldolgozó régiójába.

Az appozíciós összetett szemben az ommatídiumokat sötéten pigmentált sejtek optikailag teljesen elszigetelik egymástól, és fény csak az ommatídium hossztengelyével közel párhuzamosan juthat el a fényelnyelő rhabdomig. Minden ommatídium a látóterének csak az átlagos fényességét érzékeli, s ezekből az elemi képpontokból áll össze az egységes mozaikkép az állat agydúcában.

Az összetett szemek felszínén megjelenő különleges képződmény, a sötét álpupilla (pszeudopupilla) azért alakul ki, mert a megfigyelő irányába csak véges számú ommatídium néz, s ezekről gyakorlatilag nem verődik vissza fény a megfigyelő felé a fotoreceptorok fényelnyelése miatt. A rovarszem álpupillája tehát a megfigyelő irányába néző ommatídiumokat jelzi.

Szitakötő (karcsú acsa - Aeschnidae) lárva álpupillái (Fotó: Kriska György)

(A) Az összetett szem pszeudopupillájának kialakulása. (B) Rovarszemek pszeudopupillája. 1: Thamneus felemáslábú rák, 2: Lestrigonus felemáslábú rák. (C) Az összetett szem cső-modellje képalkotásának sematikus geometriai optikája

Az ízeltlábúak összetett szemének elemi egységeiben - az ommatídiumokban - a fotoreceptorok membránja egymással párhuzamos, ujjszerű kitüremkedéseket, úgynevezett mikrovillusokat alkot. A mikrovillusokban vannak a látópigment molekulák, melyek a mikrovillusok hossztengelyével többé-kevésbé párhuzamosan rendeződnek. E szabályos elrendeződés felelős a fénypolarizáció érzékeléséért, mivel a látópigment molekulái annál több fényt nyelnek el, minél párhuzamosabb a fény rezgéssíkja a dipóltengelyükkel, s a fotoreceptor annál nagyobb elektromos kimenőjelet szolgáltat. Ezért a normális (nem csavart) mikrovillusos fotoreceptorok érzékenyek a fény polarizációs fokára és irányára.

Balra fent: Az ízeltlábúak fotoreceptor-sejtjeinek felépítése, vázlatosan. Balra lent: Néhány mikrovillus kinagyított részlete. A kettős nyilakkal jelölt látópigment, rodopszin molekulák a receptorsejtek mikrovillusainak hosszanti tengelyével közel párhuzamosan állnak. Ez a rendezett szerkezet felelős a fotoreceptorok polarizáció-érzékenységéért. Jobbra fent: Az emlősök pálcika sejtjének kültagja vázlatosan. A pálcikákban a rodopszin molekulák a membránkorongok felszínén rendezetlenül helyezkednek el, ezért a receptorsejt nem érzékeny a polarizációra

A méhek után számos más ízeltlábú esetében is igazolták, hogy képesek detektálni a lineárisan poláros fény rezgéssíkját. Az égboltfény polarizációs mintázatán alapul például az alkonyatkor mozgó mezei tücsök (Gryllus campestris), vagy a táplálékot kereső sivatagi hangya (Cataglyphis bicolor) tájékozódása is. Utóbbi rovar a homokfelszínen vadászik a hőség miatt elpusztult rovarokra. Véletlenszerű mozgása során a Nap helyzetéhez viszonyítva folyamatosan összegzi és megjegyzi elmozdulásai vektorait, így vándorlása minden pillanatában ismeri a földalatti fészke bejáratának helyvektorát. Ez a képesség teszi őt alkalmassá arra, hogy a táplálék felfedezése után a legrövidebb, egyenes úton jusson vissza fészkéhez. Az égbolt polarizációs mintázata alapján történő tájékozódás kettős előnnyel is jár: Egyrészt sikeresebb tájékozódási módszert nyújt a forróságban hamar eltűnő szagösvényekkel szemben, másrészt lehetővé teszi, hogy a zsákmány megtalálása után a hangya a legrövidebb idő alatt elhagyhassa a felforrósodott homokfelszínt és a fészkébe térhessen. A sekély parti vizekben táplálkozó garnélarák (Palamonetes vulgaris) ellenségei elől szintén polarizációlátása segítségével képes a mélyebb vizekbe menekülni, a part irányát ugyanis a Nap helyzetét egyértelműen jelző égboltfény polarizációs mintázata alapján állapítja meg, melyet a sekély vízréteg alól láthat.

Rudolf Schwind a  Regensburgi Egyetem Állattani Intézetének professzora az 1980-as évek elején fedezte fel, hogy a vízben és nedves anyagokban élő rovarok szeme képes érzékelni a fénypolarizációt és ezek a rovarok a vízfelszínről visszatükröződő vízszintesen poláros fény segítségével találják meg életterüket. Kísérletei során a talaj fölött néhány deciméterre 1 m2-es üveglapokat helyezett el, amelyeknek enyhén lejtő felszínét gyenge vízárammal mosta le folyamatosan. Ezzel a módszerrel vízipoloskákat és vízibogarakat fogott be. Az üveglapok alá helyezett különböző spektrális és reflexiós tulajdonságú lapok alkalmazásával a fajok egy részénél az ultraibolya (UV) spektrális tartományban működő polarotaxist is igazolta. A kísérletek eredményeként egyértelművé vált, hogy a vizet kereső repülő rovar, ha optikai környezetében vízszintesen poláros fényt érzékel, akkor ebben az irányban folytatja repülését, majd rászáll a felületre.

A fénypolarizáción alapuló vízdetektálási stratégia sikeres voltát jól bizonyítják a mind több vízi rovar csoporttal elvégzett terepkísérletek. A stratégia evolúciós sikerét nemcsak az eredményezi, hogy a természetes környezetben a vízfelületeken kívül kevés objektum képes tükröződési polarizációt létrehozni, hanem az is, hogy a fény intenzitására és színére érzékeny, de a fénypolarizációra vak látórendszerrel (mint az ember szeme is) szemben a fénypolarizációra érzékeny szemet nem téveszti meg a vizet utánzó délibáb sem.

A keringőbogarak polarizáció látásukkal találják meg vízi élőhelyüket 

Forrás

Gál J., Horváth G. (1998) Sarkított világ. A vízi rovarok vízkeresése. Élet és Tudomány 53: 884-885

Hegedüs R., Horváth G. (2007) Mindentudás az iskolában - Polariméter a szemben, polarizációs iránytű és napóra az égen, vízen és vízben. Fizikai Szemle 57: 34-36

Horváth Gábor (2015) A fénysarkítás dicsérete: Látás poláros fénnyel. Természet Világa 2015 / II. különszám (Fény éve): 64-71

Kriska György (2000) Polarotaxis a rovarvilágban. Állattani Közlemények, 85: 17–27

Pomozi I., Horváth G., R. Wehner (1998) Sarkított világ. Hogyan látnák a méhek? Színlátás és fénypolarizáció. Élet és Tudomány 53: 1072-1073

Törőcsik Z., Horváth G. (1999) Mozaikvilág. A rovarszem modellje. Élet és Tudomány 54: 652-654