Nowy system kamer pozwala zobaczyć świat oczami ptaków i pszczół

Któż nie zastanawiał się, jak zwierzęta postrzegają świat, który często różni się od tego, jak postrzegają go ludzie? Naukowcy, fotografowie, filmowcy i inne osoby na różne sposoby próbują odtworzyć kolory, które widzi pszczoła polująca na dojrzały kwiat w celu zapylenia. Teraz interdyscyplinarny zespół opracował innowacyjny system kamer, który jest szybszy i bardziej elastyczny pod względem warunków oświetleniowych niż istniejące systemy, umożliwiając przechwytywanie ruchomych obrazów zwierząt w ich naturalnym środowisku – zgodnie z Nowy papier Opublikowano w czasopiśmie PLoS Biology.

„Od dawna fascynuje nas sposób, w jaki zwierzęta postrzegają świat. Nowe techniki ekologii sensorycznej pozwalają nam wnioskować, jak statyczne sceny mogą wyglądać dla zwierzęcia”. powiedział współautor Daniel Hanley, biolog z George Mason University w Fairfax w Wirginii. „Jednak zwierzęta często podejmują krytyczne decyzje dotyczące ruchomych celów (np. wykrywają produkty spożywcze, oceniają wygląd potencjalnego partnera itp.). Tutaj zapewniamy narzędzia sprzętowe i programowe dla ekologów i filmowców, które mogą przechwytywać i wyświetlać kolory, które zwierzęta postrzegają.” W ruchu.”

Według Hanleya i jego współautorów różne gatunki zwierząt mają unikalne zestawy fotoreceptorów wrażliwych na szeroki zakres długości fal, od ultrafioletu po podczerwień, w zależności od specyficznych potrzeb środowiskowych każdego zwierzęcia. Niektóre zwierzęta potrafią nawet wykryć światło spolaryzowane. Zatem każdy gatunek będzie postrzegał kolor nieco inaczej. Na przykład pszczoły miodne i ptaki są wrażliwe na promieniowanie ultrafioletowe, które jest niewidoczne dla ludzkiego oka. „Ponieważ ani nasze oczy, ani komercyjne kamery nie rejestrują takich zmian w świetle, duże obszary pól widzenia pozostają niezbadane” – napisali autorzy. „Dzięki temu fałszywe kolorowe obrazy zwierząt są mocne i przekonujące”.

Autorzy podkreślają jednak, że obecne techniki tworzenia obrazów w fałszywych kolorach nie pozwalają na identyfikację kolorów, które zwierzęta widzą podczas ruchu, co jest ważnym czynnikiem, ponieważ ruch ma kluczowe znaczenie dla sposobu, w jaki różne zwierzęta komunikują się i poruszają się po otaczającym je świecie poprzez pojawianie się kolorów i wykrywanie sygnałów . Na przykład tradycyjna spektrofotometria opiera się na świetle odbitym od ciała, aby oszacować, jak fotoreceptory danego zwierzęcia przetwarzają to światło, jest to jednak metoda czasochłonna i powoduje utratę wielu informacji przestrzennych i czasowych.

Obrazowanie wielospektralne polega na wykonaniu serii obrazów o różnych długościach fal (w tym ultrafiolecie i podczerwieni) i połączeniu ich w różne kanały kolorów w celu uzyskania pomiarów kolorów niezależnych od aparatu. Ta metoda rezygnuje z pewnej rozdzielczości na rzecz lepszej informacji przestrzennej i dobrze nadaje się na przykład do badania sygnałów zwierząt, ale działa tylko na obiektach nieruchomych, więc informacje czasowe nie są dostępne.

Jest to wada, ponieważ „zwierzęta dostarczają i odbierają sygnały ze złożonych kształtów, które rzucają cienie i generują światło” – napisali naukowcy. „Sygnały te różnią się w zależności od stale zmieniającego się oświetlenia i punktów obserwacyjnych. Informacje na temat wzajemnego oddziaływania tła, oświetlenia i sygnałów dynamicznych są skąpe. Stanowi to jednak krytyczny aspekt sposobu, w jaki kolory są wykorzystywane, a tym samym postrzegane, przez wolno żyjące zwierzęta organizmów w środowisku naturalnym.” .

Dlatego Hanley i jego współpracownicy postanowili opracować system kamer zdolny do tworzenia filmów wideo przedstawiających zwierzęta w wysokiej rozdzielczości, które rejestrowałyby całą złożoność sygnałów wizualnych, tak jak zwierzę widziałoby je w naturalnym środowisku. Połączyli istniejące metody obrazowania wielospektralnego z nowymi projektami sprzętu i oprogramowania. Kamera rejestruje obraz w czterech kanałach kolorów jednocześnie (niebieski, zielony, czerwony i ultrafiolet). Po przetworzeniu tych danych na „jednostki percepcyjne” powstaje dokładny film przedstawiający, jak różne zwierzęta postrzegają kolorową scenę, w oparciu o to, co wiemy o ich fotoreceptorach. System zespołu przewiduje kolory wyczuwalne w dotyku z dokładnością do 92%. Kamery są dostępne na rynku, a oprogramowanie ma charakter open source, więc inni mogą swobodnie z niego korzystać i rozwijać na jego podstawie.

Film znajdujący się na początku tego artykułu przedstawia kolory widziane przez pszczoły miodne, gdy obserwują inne pszczoły szukające pożywienia i wchodzące w interakcje (nawet walczące) o kwiaty — przykład zdolności systemu kamer do rejestrowania zachowania w środowisku naturalnym. Poniżej Hanley nakłada na boisku filtr przeciwsłoneczny blokujący promieniowanie UV. Jego jasna skóra wygląda mniej więcej podobnie do wzroku człowieka i wzroku pszczół miodnych w fałszywych kolorach, „ponieważ współczynnik odbicia skóry stopniowo wzrasta przy dłuższych falach” – napisali naukowcy.