Jak zvířata vidí

SVĚT PLNÝ BAREV

Odpověď na otázku, zda ten který tvor vidí barevně, je poměrně snadná. Oči vnímají světlo díky světločivným buňkám, které rozlišujeme na tyčinky a čípky. Tyčinky se uplatňují při nočním vidění (fungují totiž už při velmi malé intenzitě osvětlení) a pomáhají rozpoznat velikost, tvar a kontrasty. Čípky k práci potřebují denní světlo, registrují však i jemnější detaily a barvy. Pokud má živočich v oku vedle tyčinek i čípky, nějaké barvy určitě vidí.

Jedno z nejdokonalejších barevných vidění v živočišné říši najdeme u ptáků. K rozpoznávání barev jsou vybaveni čtyřmi typy čípků (lidé mají tři), což jim umožňuje vnímat mnohem širší paletu, včetně mnoha purpurových odstínů, a dokonce i ultrafialového spektra, které lidská čočka vůbec nepropustí k sítnici. Díky tomu je pro ně svět daleko barevnější než pro nás a ve svém peří vnímají barevné vzory a kresby, které nám zůstávají skryty.

Také pavouci a mnozí příslušníci hmyzu dovedou rozlišovat ultrafialové světlo. Včely například díky této schopnosti vidí na okvětních plátcích vzory, kterými rostliny navádějí své opylovače k nektaru. Barevné vidění včel ovšem není oproti lidskému obsáhlejší, jen je posunuté do jiného spektra: namísto červené, zelené a modré vidí včely dobře žlutou, modrou a ultrafialovou. Proto také květy, jejichž hlavními opylovači jsou včely či jiný blanokřídlý hmyz, bývají často žluté či modré, zatímco květy v červené barvě, kterou včely nevnímají, spolupracují na opylování s kolibříky či motýly.

Velmi kvalitní barevné vidění mají některé ryby. Můžeme u nich dokonce rozlišit čtyři typy čípků jako u ptáků, z toho jeden vnímá ultrafialové spektrum a uplatňuje se například k detekci planktonu. U řady pestře zbarvených obyvatel korálových útesů nebo třeba u cichlid z afrických jezer hrají barvy významnou roli také v pohlavním výběru. Jiné druhy ryb ovšem barvy tak dobře nerozlišují a většina hlubinných ryb nevnímá barvy vůbec.

Teprve nedávno byla objevena podivuhodná schopnost některých žab rozlišovat barvy i v téměř naprosté tmě. Za tím účelem mají ne jeden, ale hned dva typy tyčinek, což je mezi obratlovci unikát. Modrou od zelené dovedou bezpečně rozlišit i v tak špatných světelných podmínkách, kdy už lidé nevidí vůbec nic.

O psech se dříve tradovalo, že vidí černobíle. Dnes víme, že to není pravda. Mají v oku dva druhy čípků – o jeden méně než lidé – a barvy vnímají, ovšem nedovedou rozlišit červenou od zelené, které jim splývají v jakýsi odstín žluté. Svět pro ně navíc pravděpodobně postrádá syté tóny a je spíše pastelový. Takto dichromatické vidění (dva typy čípků v oku) je společné většině savců, každý druh je ovšem „naladěn“ na trochu jiné barvy. Myši či potkani například nejlépe vidí v ultrafialové a zelené části spektra.

Tři druhy čípků v oku, tedy trichromatické vidění, mají ze savců pouze někteří primáti včetně lidí. Díky tomu dobře rozpoznají červenou od zelené, což využívají při výběru těch nejzralejších plodů. U jihoamerických primátů je celá záležitost o to zajímavější, že schopnost vnímat červenou je v jejich případě významně ovlivněna tím, ke kterému pohlaví jedinec náleží. Samci jsou dichromatičtí a červené odstíny jim splývají se zelenými, podobně jako barvoslepým lidem. Některé samice jsou na tom také tak, nadpoloviční většina však má plnobarevné vidění blízké lidskému.

BARVY OČIMA LIDÍ

Lidé mají v oku čípky citlivé na vlnové délky světla v rozsahu 400–700 nanometrů (nm). Kratší vlnové délky (cca 100–400 nm) jsou označovány jako ultrafialové světlo, delší (700–1000 nm) jako světlo (či přesněji záření) infračervené. Ve zdravém lidském oku se nacházejí tři typy čípků, z nichž každý je nejcitlivější v jiné oblasti světla; hovoříme o čípcích pro červenou, zelenou a modrou barvu. Jejich součinností lze rozlišit zhruba 200 základních barev ve 20 různých sytostech (od šedé přes jemné pastelové až po syté barvy) a v 500 světlostech (od černé při maximálním ztmavení až po bílou v maximálním zesvětlení). Celkově lidé dovedou rozlišit přibližně 1–2 miliony barev.

Rozhled do všech stran

Do každého oka dopadá mírně odlišný obraz, z nichž se v mozku skládá prostorový obraz prostředí. Poloha očí tak zásadně ovlivňuje to, jak dobře dovede živočich vnímat prostor kolem sebe.

Ty druhy obratlovců, pro které je velmi důležitý správný odhad vzdálenosti – například při skákání ze stromu na strom nebo při výpadu na kořist – mívají oči směřující kupředu. Obrazy získávané jedním a druhým okem se tak z velké části překrývají (hovoříme o binokulárním vidění), což zaručuje dokonalé vnímání hloubky a prostoru. Periferní vidění je však při tomto umístění očí jen velmi chabé.

Naopak u obratlovců, kteří se musejí mít na pozoru před predátory, se oči obvykle nacházejí po stranách hlavy. Jejich nositelé si tak zajišťují větší zorné pole, a tedy široký přehled o okolí, což zvyšuje šanci, že blížící se nebezpečí zaznamenají včas. Vnímanému obrazu však chybí hloubka.

K dobrému přehledu o dění v okolí může napomoci také vodorovné protažení zorničky, se kterým se běžně setkáme u ovcí, koz nebo koní – a také u mangust. Tento tvar zvířatům zaručuje ostřejší vidění horizontu a panoramatický rozhled, a tedy rychlejší odhalení predátorů a dokonalejší rozpoznávání překážek na cestě. Jak koně, tak ovce a další sudokopytníci přišli navíc se zlepšením: i když zvíře skloní hlavu, aby se mohlo pást, oční koule se celá otočí tak, aby byla zornička stále vodorovně s rovinou horizontu. Tomuto ději říkáme cyklovergence. Výhodné, když se nechcete stát něčí potravou!

U létajícího hmyzu zajišťují velké složené oči výborný rozhled kolem dokola – nahoru, dolů, dopředu, a dokonce i dozadu, to vše bez toho, aby se oči musely pohnout. Hmyz tak má dokonalý přehled o všem, co se kolem něj děje. Významně to napomáhá schopnosti manévrovat v letu a včas rozpoznat blížící se nebezpečí. Stavba složeného oka je navíc výhodná pro určování přesného směru, odkud světlo přichází, což výrazně napomáhá v prostorové orientaci s využitím svitu slunce, hvězd či měsíce. A co víc, díky vnímavosti vůči polarizovanému světlu mohou některé druhy hmyzu určit polohu slunce či měsíce i přes mraky.

KDO VIDÍ V NOCI

Při nočním pobytu v přírodě bylo již mnoho lidí zaskočeno setkáním s tvory, jejichž oči ve tmě jasně zářily. Asi nejznámějším příkladem jsou oči šelem, podobně se však chovají také oči krokodýlů, koní, jelenů či turů, a dokonce i některých ryb, žraloků a pavouků. Může za to reflexní vrstvička zvaná tapetum lucidum, která se nachází uvnitř oka, za sítnicí, a odráží světlo z okolí. Díky ní prochází každý paprsek světla sítnicí dvakrát, na cestě do oka a zpět, a zvíře tak vnímá své okolí jasněji, což mu usnadňuje orientaci za zhoršených světelných podmínek. Když se na takto vybaveného tvora posvítí baterkou, jeho oči světlo odrazí a tím vyvolají dojem, jako by samy svítily.

Velmi zvláštní druh „nočního vidění“ uplatňují chřestýši, krajty a někteří další hadi specializovaní na lov savců či ptáků. Dovedou vnímat infračervené záření, což je typ pro nás neviditelného záření za červenou částí spektra. Protože infračervené záření se od předmětů odráží tím více, čím má daný předmět vyšší teplotu, umožňuje hadům vypátrat kořist v jakýchkoliv světelných podmínkách včetně naprosté tmy, a to podle tepla, které její tělo vyzařuje. K detekci infračerveného záření ovšem hadům neslouží oči. Místo toho jej vnímají prostřednictvím specializovaných tepločivných receptorů, uložených ve zvláštních jamkách na hlavě. U chřestýšů a křovinářů se jedná o dvě hluboké jamky pod nozdrami (toto umístění pomáhá hadům přesně zacílit), u krajt a některých hroznýšů pak o pás mělkých jamek podél čelisti k zajištění lepšího „rozhledu“ do stran.

VĚHLASNÝ ZRAK SOKOLÍ

Jak už jsme zmiňovali výše, ptáci, nebo alespoň většina z nich, vidí mnohem více barev než lidé. Jejich zrak je však dokonalejší i v jiných ohledech.

Díky vysokému počtu světločivných buněk na sítnici a jejich pravidelnému rozložení vidí ptáci velmi ostře – ostrost vidění je totiž dána hustotou buněk citlivých na světlo. Obzvláště ostrozrací jsou draví ptáci. Pro srovnání, v takzvané žluté skvrně oka, což je oblast nejostřejšího vidění, mají lidé na každém milimetru čtverečním přibližně 160 000 světločivných buněk. U káně lesní je to přes milion. Díky tomu dovedou dravci i na velkou vzdálenost rozpoznat takové detaily, jaké my spatříme pouze při použití dalekohledu. Poštolka například vidí letící vážku na vzdálenost 800 metrů, zatímco člověk ji nezaregistruje ani na 100 metrů. Kroužící supi spatří zdechlinu na vzdálenost až několika kilometrů.

Žlutá skvrna se nachází na sítnici a u savců i většiny ptáků má tvar ploché jamky. U dravců a některých dalších rychlých letců má však podobu hlubokého kráteru. Při promítnutí na stěnu kráterovité prohlubně se obraz rázem zvětší, obdobně, jako se skokem zvětší stín auta, když padne do příkopu vedle cesty. Díky tomu vidí dravci obrazy v části svého zorného pole nejen zaostřené, ale navíc i přiblížené jako teleobjektivem, a protože zvětšením se zvýrazní i pohyb, jsou dravci schopni rychle lokalizovat pohyblivé objekty.

Lidské oko v porovnání s ptačím silně zaostává také ve schopnosti vnímat rychlé děje. Vířící křídla kolibříka nám splývají v jedinou rozmazanou barevnou skvrnu a jejich pohyb opisující osmičku rozpoznáme teprve na zpomaleném kamerovém záznamu. Na této lidské nedostatečnosti ostatně stojí princip televize, počítačových monitorů i promítání v kinosálech: ve všech těchto případech je zobrazován rychlý sled jednotlivých statických obrázků, či dokonce jednotlivých světelných bodů, které skládají výsledný obraz. Protože člověk dovede rozlišit nanejvýš 20 obrázků za sekundu, splývají mu jednotlivé body a snímky v celistvý, pohybující se obraz. Ptáci však rozliší až 150 obrázků za sekundu (včely dokonce 300), a pokud bychom jim chtěli pouštět televizní záznam, místo relativně věrného zobrazení světa uvidí jen sérii rozsvěcujících se a pohasínajících bodů.

Na druhou stranu, také ve vnímání dějů extrémně pomalých jsou na tom ptáci o mnoho lépe než lidé. To jim pomáhá například během tahu, kdy se při nočních přeletech orientují podle hvězd a měsíce a jsou schopni zohlednit změny v postavení těchto těles na obloze.

Jak funguje oko

Komorové oko obratlovců je vlastně dutá koule vyplněná čirou rosolovitou hmotou zvanou sklivec. Vpředu je oko kryto průhlednou rohovkou, za kterou se nachází komorová voda (oční mok) a barevná duhovka. Ve středu duhovky je otvor, takzvaná zornička, kterým do nitra oční koule vstupuje světlo. Velikost zorničky dovedou obratlovci obvykle regulovat, a to smršťováním svalů duhovky – ovlivňují tak, kolik světla je dovnitř oka vpuštěno. Při silném osvětlení se zornička zužuje, aby nedošlo k oslnění, ve tmě se naopak rozšiřuje.

Jakmile paprsek světla projde rohovkou, komorovou vodou a skrze zorničku, čeká ho průchod čočkou, kde je obraz usměrněn, zmenšen a převrácen. Takto upraven pak prostupuje sklivcem a dopadá na světločivné buňky na sítnici, vystýlající vnitřní plochu oka. Buňky tento skutečný, ale zmenšený a převrácený obraz vnímají a prostřednictvím zrakového nervu pak předávají informaci do mozku. Oblast sítnice s největší koncentrací světločivných buněk se nazývá žlutá skvrna a je místem nejostřejšího vidění. U lidí je v každém oku jedna, ale třeba ptáci mohou mít dvě – dolní slouží k dokonalému zaostření potravy, kterou sbírají, a horní ostře zachycuje oblohu, takže je nemůže překvapit vysoko letící dravec. Oblast, kde z oka vystupuje zrakový nerv, naopak nemá světločivné buňky žádné, a nazývá se proto slepá skvrna.

To, co skutečně vnímáme jako viděné, není dáno pouze obrazem, jak ho zachytily naše oči, ale z velké části také závěrečným zpracováním v mozku. Pokud by tomu tak nebylo, viděli bychom svět vzhůru nohama, silně zkreslený a pokřivený, a v části obrazu bychom měli „díru“ odpovídající umístění slepé skvrny v oku.

Oko nedokáže vidět ostře na dálku i nablízko zároveň. Musí mezi těmito body přeostřovat, což se u savců, ptáků či ještěrů děje změnou tvaru čočky (jejím zplošťováním či zaoblováním), u ryb či obojživelníků naopak jejím posunutím dopředu či dozadu, čímž se mění vzdálenost mezi čočkou a sítnicí.

Složené oko, charakteristické především pro hmyz, funguje poněkud odlišně. Skládá se z množství malých kuželovitých oček zvaných omatidia, z nichž každé se nehybně upírá do maličko odlišného směru a samostatně zachycuje světelné vjemy.

Na povrchu každého omatidia se nachází průsvitná rohovka, pod ní je takzvaný krystalinní kuželík, který má funkci čočky, a následuje „sítnice“ sestávající z tyčinkovitého rabdomu, tvořeného do kruhu uspořádanými sítnicovými buňkami. Od svého okolí je každé omatidium odděleno vrstvou pigmentových buněk. Celkový obraz vnímaný zvířetem se tak skládá z mozaiky plošek, „pixelů“, odpovídajících vjemům jednotlivých oček. Čím větší počet oček, tím lepší rozlišení obrazu. Hmyz s nejdokonalejším zrakem, například vážky, může mít v každém z obou složených očí zhruba 30 000 omatidií!

Protože každé omatidium je pevně usazené na svém místě, není možné složenýma očima zaostřovat a obtížněji také rozlišují jemnější detaily. V pohybovém vidění jsou však složené oči výrazně lepší než oči obratlovců. Jelikož každé očko vnímá jen maličký úsek okolí, obraz pohybujícího se předmětu prudce „přeskakuje“ z jednoho očka do druhého a rychle létající hmyz se díky tomu dovede nejen mistrně vyhýbat překážkám, ale třeba i máchnutí plácačkou, které se mu jeví jako nesmírně pomalý pohyb.