Γάτες και σκύλοι «βλέπουν στο υπεριώδες». Cats and Dogs May See in Ultraviolet

Tα μάτια της γάτας ίσως βλέπουν πιο πολλά από ό,τι νομίζαμε. The secret behind the feline vision "superpower" is ultraviolet light (UV) detection. MATT BARBER, FLICKR

Τα ανθρώπινα μάτια μάλλον δεν θα έβλεπαν ένα άσπρο κουνελάκι που τρέχει στο χιόνι, όμως οι σκύλοι και ειδικά οι γάτες πιθανότατα θα μπορούσαν: ερευνητές που εξέτασαν τα μάτια μιας πληθώρας θηλαστικών διαπιστώνουν ότι πολλά είδη περιέργως βλέπουν και στο υπεριώδες τμήμα του φάσματος. Υπάρχουν εξάλλου αναφορές και για ανθρώπους που αποκτούν αυτή την ικανότητα έπειτα από επέμβαση για καταρράκτη.

Οι διαφορές όρασης

Στην πάνω εικόνα ένα νυχτερινό τοπίο όπως το βλέπει το ανθρώπινο μάτι και στην κάτω όπως το βλέπει στο υπεριώδες φως μια γάτα. Cats and other mammals can see in ultraviolet. Here's how the world might look to a cat at night. Cats are crepuscular, meaning they are active at dawn and dusk, and their eyesight reflects that. They have six to eight times as many cells for viewing objects in low light as humans. That allows them to see much more in settings where humans would be almost completely in the dark. Here, human vision (top) is compared with cat vision (bottom). Credit: Nickolay Lamm

Η ανθρώπινη όραση καλύπτει ένα μικρό μόνο μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, από το κόκκινο μέχρι το βιολετί ή ιώδες. 

Heliconius erato butterflies have evolved photoreceptors in their eyes for detecting UV colors and express UV-yellow pigment on their wings. Credit: Bill Berthet

Είναι όμως γνωστό ότι η όραση πολλών εντόμων και άλλων ασπόνδυλων εκτείνεται αρκετά πέρα από το μπλε και καλύπτει μήκη κύματος στο υπεριώδες τμήμα του φάσματος. Οι μέλισσες, για παράδειγμα, διακρίνουν υπεριώδη σχέδια στα πέταλα των λουλουδιών τα οποία παραμένουν αόρατα για εμάς.

Birds can see UV light, which means that the 'eye' markings in a peacock's tail features looks sharper.

Σύμφωνα με τους συντάκτες της νέας μελέτης στην επιθεώρηση «Proceedings of the Royal Society B», οι επιστήμονες υπέθεταν ότι τα θηλαστικά γενικά δεν βλέπουν στο υπεριώδες, καθώς τα μάτια τους δεν διαθέτουν ειδικούς φωτοϋποδοχείς με ευαισθησία σε αυτά τα μικρά μήκη κύματος.

A new study suggests that cats and other mammals may have UV vision.

Στην πραγματικότητα, όμως, ακόμα και οι υποδοχείς που έχουν εξελιχθεί να αντιλαμβάνονται ειδικά το μπλε ή το κόκκινο χρώμα στο ορατό μέρος του φάσματος μπορούν θεωρητικά να απορροφούν και υπεριώδες φως όταν η έντασή του είναι μεγάλη.  Ο πραγματικός λόγος για τον οποίο οι άνθρωποι δεν βλέπουν στο υπεριώδες είναι ότι ο φακός του ματιού μπλοκάρει την υπεριώδη ακτινοβολία, εξηγούν οι ερευνητές του City University και του University College στο Λονδίνο.

Οι προηγούμενες μελέτες

To explore which animals possess the capability to see ultraviolet light, the researchers obtained eyes from a wide array of mammals, including dogs and hedgehogs, that had died in zoos, vets, science labs or slaughterhouses.

Παραπέμπουν μάλιστα σε προηγούμενες μελέτες, οι οποίες έδειχναν ότι οι ασθενείς στους οποίους έχει αφαιρεθεί ο φακός λόγω καταρράκτη, και δεν έχει αντικατασταθεί με τεχνητό φακό που φιλτράρει το υπεριώδες, αναφέρουν κάποιες φορές ότι βλέπουν στο υπεριώδες.

Στη νέα μελέτη, ο Δρ Ρόναλντ Ντάγκλας και ο Δρ Γκλεν Τζέφρι εξέτασαν φακούς από τα μάτια 38 διαφορετικών νεκρών θηλαστικών. Διαπίστωσαν ότι υπήρχε μεγάλη διαφοροποίηση ως προς την απορρόφηση του υπεριώδους από το φακό.

Η απορρόφηση ήταν σχετικά μικρή στη γάτα, το σκύλο, το σκαντζόχοιρο, τον τάρανδο τις νυχτερίδες και το οκάπι (συγγενής της καμηλοπάρδαλης που ζει στα δάση της κεντρικής Αφρικής), ένδειξη ότι τα είδη αυτά βλέπουν στο υπεριώδες, τουλάχιστον όταν η ένταση της ακτινοβολίας είναι μεγάλη. Αυτό θα επέτρεπε για παράδειγμα σε έναν τάρανδο να διακρίνει μια πολική αρκούδα (ή ένα κουνέλι) στο χιόνι, καθώς ο πάγος ανακλά το υπεριώδες ενώ η γούνα της αρκούδας όχι. Γιατί όμως έχουν αυτά τα είδη φακούς που επιτρέπουν την υπεριώδη όραση, ενώ ο άνθρωπος όχι;

Η ακτινοβολία

Scientists thinks that the UV filter in the human eye means that we can see more accurately than without it. Humans can see in such detail because we have dense colour-sensitive cells (cones) in the retina (pictured) that convert light to create detailed images in dim conditions.

Η υπεριώδης ακτινοβολία είναι βλαβερή για τα κύτταρα και μπορεί να προκαλέσει καταρράκτη ή προβλήματα στον αμφιβληστροειδή. Αυτό όμως δεν μπορεί να θεωρηθεί ολοκληρωμένη απάντηση, αφού πολλά είδη δεν δείχνουν να ενοχλούνται από το υπεριώδες φως.

Το πιθανότερο, λένε οι δύο ερευνητές, είναι ότι ο ανθρώπινος φακός εξελίχθηκε να μπλοκάρει το υπεριώδες προκειμένου να μεγιστοποιήσει την οξύτητα της όρασης: η είσοδος υπεριώδους φωτός, εξηγούν, θα έκανε την όραση θολή και θα μας εμπόδιζε να δούμε λεπτομέρειες.

Αυτός εξάλλου είναι ο λόγος που οι σκιέρ και οι πιλότοι φορούν ειδικά κίτρινα γυαλιά που φιλτράρουν το υπεριώδες. Σύμφωνα με τη μελέτη, ορισμένα ζώα, κυρίως νυκτόβια, ανέπτυξαν φακούς που επιτρέπουν την είσοδο όσο γίνεται περισσότερου φωτός, ακόμα και υπεριώδους.

Για τα ανθρώπινα μάτια, όμως, αυτό δεν θα είχε αξία: η ανθρώπινη όραση έχει ειδικευτεί να βλέπει λεπτομέρειες, και όχι να βλέπει στο σκοτάδι, γι΄αυτό και θυσίασε τα υπεριώδη χρώματα.

Αστεροειδείς «βομβαρδίζουν» άστρο νετρονίου, Astronomers Discover Tiny Star Getting Pounded by Asteroids

An artist's impression of an asteroid breaking up. Image Credit: NASA/JPL-Caltech

Ένα σπάνιο αλλά άκρως εντυπωσιακό φαινόμενο εντόπισε ομάδα επιστημόνων χρησιμοποιώντας ισχυρά τηλεσκόπια στην Αυστραλία και την Νότιο Αφρική. Είδαν ένα άστρο νετρονίου να βομβαρδίζεται στην κυριολεξία από μικρούς και μεγάλους αστεροειδείς.

Τα πάλσαρ

Artist’s conception of stellar rubble around pulsar 4U 0142+61. Pulsars are sometimes called the clocks of the universe because their spins, fast as they are, precisely emit radio beams with each revolution — a beam that can be seen from Earth if our planet and the star are aligned in the right way. A 2008 study by Shannon and others predicted the spin could be altered by debris falling into the pulsar, which this new research appears to confirm. Credit: NASA/JPL-Caltech

Ένα από τα αποτελέσματα μιας έκρηξης σουπερνόβα είναι ο σχηματισμός σωμάτων υψηλής πυκνότητας τα οποία ονομάστηκαν άστρα νετρονίου ή «πάλσαρ». Ολα τα πάλσαρ εκπέμπουν δέσμες ακτινοβολίας από τους πόλους τους και καθώς περιστρέφονται, γίνονται ορατά από τη Γη ως περιοδικές, σύντομες λάμψεις. Τα πάλσαρ εκπέμπουν την ακτινοβολία (είτε ραδιοκύματα, είτε ακτινοβολία γ, είτε ακτίνες Χ) με σταθερό ρυθμό. Ορισμένοι μάλιστα τα περιγράφουν ως «κοσμικούς ραδιοφάρους». 

Το άτυχο πάλσαρ

Click image for full size. Credit: arXiv:1311.3541

Σε απόσταση 37 χιλιάδων ετών από τη Γη στον αστερισμό της Πρύμνης βρίσκεται το PSR J0738-4042, ένα άστρο νετρονίου που όπως φαίνεται «ζει» σε ένα ιδιαίτερα άγριο περιβάλλον. Σε αντίθεση με ότι συμβαίνει συνήθως η έκρηξη σουπερνόβα που οδήγησε στον σχηματισμό του πάλσαρ παρήγαγε και μεγάλο αριθμό αστεροειδών. Ετσι το πάλσαρ είναι μόνιμος αποδέκτης μικρών και μεγάλων αστεροειδών. Σύμφωνα με τους ερευνητές στο άστρο νετρονίου πέφτουν αστεροειδείς ορισμένοι εκ των οποίων έχουν μάζα ενός δισεκατομμυρίων τόνων! Η ανακάλυψη προσφέρει νέα δεδομένα για τις εκρήξεις σουπερνόβα και τα αποτελέσματα που παράγει. Τη νέα μελέτη πραγματοποίησαν ειδικοί με επικεφαλής τον Πολ Μπρουκ του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης. Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science».

Ναι, οι σκύλοι συναισθάνονται τους ανθρώπους. Why are dogs a man's best friend? Because they have similar BRAINS: Canines share 'voice region' that helps us tune in to emotions

Gustave Courbet, Femme nue au chien, Naked woman with the dog, 1861-1862. Το συναισθηματικό «δέσιμο» ανάμεσα στους σκύλους και τους ανθρώπους είναι ακόμη πιο στενό από όσο πιστεύαμε.

Αν οι σκύλοι δείχνουν μερικές φορές να καταλαβαίνουν τα λόγια των αφεντικών τους και να τους νιώθουν πιο πολύ και από τους ανθρώπους, ίσως αυτό συμβαίνει επειδή ο εγκέφαλός τους αντιδρά με πολύ όμοιο τρόπο με τον ανθρώπινο στα γέλια, στα κλάματα και γενικότερα στους συναισθηματικά φορτισμένους ήχους.

Not a CAT scan: Hungarian scientists have shown that that dogs have dedicated voice areas in their brains, just as people do. Here the dogs are pictured after their time in the fMRI scanner. Credit: Borbala Ferenczy

Ερευνητές στην Ουγγαρία για πρώτη φορά στον κόσμο συνέκριναν άμεσα την εγκεφαλική λειτουργία των σκύλων και των ανθρώπων, αναδεικνύοντας τις δυνατότητες της «συναισθηματικής νοημοσύνης» των τετράποδων φίλων μας και τις ομοιότητές της με τη δική μας «συναισθηματική νοημοσύνη».

Η ανακάλυψη

In the experiment, scientists captured both dogs' and humans' brain activities while the subjects listened to nearly 200 dog and human sounds, ranging from whining or crying to playful barking or laughing.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον νευροεπιστήμονα Ατίλα Άντιτς του πανεπιστημίου Έοτβος Λόραντ της Βουδαπέστης και της Ουγγρικής Ακαδημίας Επιστημών, χρησιμοποίησαν τη μη επεμβατική τεχνική της λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (fMRI) για να μελετήσουν σκύλους.

Maverick the Border Collie. Researchers developed dog training methods to make them lay motionless in MRI machines.

Πιο συγκεκριμένα μελέτησαν τους εγκέφαλους 11 σκύλων (εκπαιδευμένων να κάθονται ακίνητοι ως οκτώ λεπτά στον τομογράφο), σε σύγκριση με τους εγκέφαλους 22 εθελοντών ανθρώπων. Για πρώτη φορά, σκύλοι και άνθρωποι υποβλήθηκαν ακριβώς στο ίδιο πείραμα νευροαπεικόνισης ενώ άκουγαν τους ίδιους ήχους (κλάματα, χαρούμενα γαυγίσματα, γέλια, σφυρίγματα κ.α.).

Walter, a Golden Retriever, wearing a special headset and headgear.

Η μελέτη έδειξε ότι οι σκύλοι, ακριβώς όπως οι άνθρωποι, έχουν στον εγκέφαλό τους και συγκεκριμένα στον κροταφικό πόλο (το πρόσθιο τμήμα του κροταφικού λοβού) κάποιες περιοχές που είναι αφιερωμένες αποκλειστικά στην επεξεργασία της φωνής. Αυτή η εξειδικευμένη περιοχή επεξεργασίας της φωνής (που ανακαλύφθηκε στους ανθρώπους το 2000) είναι που επιτρέπει στους ανθρώπους να καταλαβαίνουν από τον τόνο της φωνής κάποιου άλλου ανθρώπου, ακόμα κι αν δεν τον βλέπουν, αν είναι χαρούμενος ή λυπημένος. Φαίνεται πως αυτό ακριβώς αυτό συμβαίνει και στους σκύλους.

Κοινή συναισθηματική νοημοσύνη

Ethologist Marta Gacsi (R) talks to Walter, a Golden Retriever, before an examination as part of the project.

Έτσι, οι εγκέφαλοι των σκύλων, όπως των ανθρώπων, είναι εξίσου ευαίσθητοι στα ακουστικά ερεθίσματα που περιέχουν συναίσθημα. Γι’ αυτό, μπορούν να νιώθουν το συναισθηματικό μήνυμα που έχουν οι φωνές των ανθρώπων. Απλώς, η περιοχή επεξεργασίας της φωνής στον εγκέφαλο των σκύλων έχει εξελιχτεί για να ανταποκρίνεται πιο έντονα στους άλλους σκύλους, ενώ των ανθρώπων στους άλλους ανθρώπους.

Otto Dix, Portrait du photographe Hugo Erfurth avec son chien, 1926, Technique mixte sur bois, 80x100 cm.

Ο τρόπος που οι εγκέφαλοι τόσο των σκύλων, όσο και των ανθρώπων, επεξεργάζονται τους συναισθηματικά φορτισμένους ήχους, εμφανίζει εντυπωσιακές ομοιότητες. Για παράδειγμα, και στα δύο είδη μια περιοχή κοντά στον πρωτεύοντα ακουστικό φλοιό ενεργοποιείται περισσότερο με τους χαρούμενους ήχους από ό,τι με τους λυπητερούς.

Κοινή εγκεφαλική κληρονομιά

Maverick, a Border Collie, about to go in a MRI scanner in a neurology clinic in Budapest.

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι οι περιοχές της φωνής στον εγκέφαλο εξελίχτηκαν τουλάχιστον πριν από 100 εκατ. χρόνια, δηλαδή την εποχή που ακόμα ζούσε ο τελευταίος κοινός πρόγονος ανθρώπων και σκύλων. Παρόλο που άνθρωποι και σκύλοι τράβηξαν τους ξεχωριστούς δρόμους τους στη συνέχεια, η κοινή εγκεφαλική κληρονομιά διευκόλυνε τους σκύλους να αναπτύξουν νευρωνικούς μηχανισμούς και συμπεριφορές φιλικές προς τους ανθρώπους, μοναδικές σε όλο το ζωικό βασίλειο.

Marie Laurencin, Trois Fillettes et deux chiens, 1940, Fondation Rau-Unicef pour le Tiers-Monde.

«Σκύλοι και άνθρωποι δεν μοιράζονται μόνο ένα παρόμοιο κοινωνικό περιβάλλον, αλλά, όπως δείχνουν τα ευρήματά μας, χρησιμοποιούν επίσης παρόμοιους εγκεφαλικούς μηχανισμούς για να επεξεργαστούν τις κοινωνικές και συναισθηματικές πληροφορίες. Αυτό πιθανώς εξηγεί την επιτυχία στη φωνητική επικοινωνία ανάμεσα στα δύο είδη», δήλωσε ο Ατίλα Άντιτς.

Μια βασική διαφορά που διαπίστωσε η μελέτη, είναι ότι στους σκύλους σχεδόν οι μισές (48%) εγκεφαλικές περιοχές που είναι ευαίσθητες σε εξωτερικά ηχητικά ερεθίσματα, ανταποκρίνονται πιο έντονα σε άλλους ήχους πέρα από τις φωνές. Αντίθετα, στους ανθρώπους μόνο το 3% αυτών των εγκεφαλικών περιοχών είναι πιο ευαίσθητες σε μη φωνητικούς ήχους. Η μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Current Biology».

O Πλάτων κοιτάει τα άστρα. European Space Agency picks Plato planet-hunting mission

Τα τελευταία χρόνια έχει ανακαλυφθεί ένας ολόκληρος ζωολογικός κήπος από εξωπλανήτες. To Plato θα εντοπίσει τους πιο φιλόξενους. The PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) mission will identify and study thousands of exoplanetary systems, with an emphasis on discovering and characterising Earth-sized planets and super-Earths. It will also investigate seismic activity in stars, enabling a precise characterisation of the host sun of each planet discovered, including its mass, radius and age. Plato is ESA’s third medium-class science mission and is planned for launch by 2024. Credit: ESA–C. Carreau

Από τους 1.000 και πλέον πλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί ως σήμερα εκτός του Ηλιακού Συστήματος, οι περισσότεροι είναι τεχνικά αδύνατο να μελετηθούν ως προς τη σύσταση της επιφάνειας και της ατμόσφαιράς τους. Αυτό θα αλλάξει την επόμενη δεκαετία χάρη στο Plato, ένα ευρωπαϊκό διαστημικό παρατηρητήριο που θα σκανάρει ένα εκατομμύριο άστρα.

Πράσινο φως

The European Space Agency’s PLATO mission aims to discover and characterize hundreds of Earth-sized exoplanets inside the habitable zones of approximately 1 million stars. The mission is likely to be approved for implementation by ESA during an announcement due for next week. Image Credit: PLATO Definition Study Report/ESA

Η αποστολή Plato εγκρίθηκε την Τετάρτη από την Επιτροπή Επιστημονικής Πολιτικής της ESA, της ευρωπαϊκής διαστημικής υπηρεσίας, και εκτιμάται ότι θα κοστίσει 600 με 800 εκατομμύρια ευρώ. Η εκτόξευση προγραμματίζεται για το 2024.

Ο «Πλάτων» (PLaTO, Πλανητικές Διαβάσεις και Αστρικές Ταλαντώσεις) θα σχεδιαστεί ειδικά για τον εντοπισμό πλανητών εντός της λεγόμενης «κατοικήσιμης ζώνης» -πλανήτες που βρίσκονται στην κατάλληλη απόσταση από το μητρικό τους άστρο ώστε να μην είναι υπερβολικά θερμοί ή ψυχροί και να επιτρέπουν την παρουσία υγρού νερού.

Επιπλέον, το Plato θα μπορεί να εντοπίσει πλανήτες στο μέγεθος της Γης, οι οποίοι είναι γενικά υπερβολικά μικροί για να γίνουν αντιληπτοί με τις σημερινές τεχνολογίες.

Σε συνδυασμό με μετρήσεις από επίγεια τηλεσκόπια, οι παρατηρήσεις του Platon θα επέτρεπαν για πρώτη φορά την ανάλυση της ατμόσφαιρας σε εξωπλανήτες, ίσως και την ανίχνευση ουσιών που συνδέονται με τη ζωή.

«Σχεδόν όλοι οι μικροί εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί ως σήμερα βρίσκονται πέρα από τις δυνατότητες της τεχνολογίας μας όσον αφορά το χαρακτηρισμό τους. To Plato αλλάζει το παιχνίδι, καθώς θα επιτρέψει την ανίχνευση και την επιβεβαίωση πλανητών σαν τη Γη, καθώς και την εξέταση της ατμόσφαιράς τους για ίχνη ζωής» εξήγησε στο BBC ο Δρ Ντον Πολάτσο, επικεφαλής της Επιστημονικής Κοινοπραξίας του Plato.

Design calls for a suite of 34 telescopes to be mounted on a single satellite platform. Mission should confirm and characterise hundreds of rocky worlds in habitable zones. Its technology would have the sensitivity also to detect the planets' moons and rings. Intricate measurements of the host stars (asteroseismology) would yield key information. To launch from Sinnamary in French Guiana on a Soyuz rocket in 2023/2024. Plato would be stationed 1.5 million km from Earth on its "nightside".

Το Plato θα περιλαμβάνει 34 επιμέρους τηλεσκόπια, τα οποία θα εστιάζουν φως στον μεγαλύτερο αισθητήρα ψηφιακής φωτογραφίας που έχει εκτοξευτεί ποτέ στο Διάστημα, αποτελούμενο από 135 επιμέρους αισθητήρες CCD.

Θα ανιχνεύει πλανήτες έμμεσα, καταγράφοντας την ανεπαίσθητη μείωση της φωτεινότητας που προκαλούν στα μητρικά τους άστρα καθώς περνούν από μπροστά τους και κρύβουν ένα μικρό μέρος της ακτινοβολίας.

Παράλληλα θα μελετήσει τη λεγόμενη σεισμική δραστηριότητα των μητρικών άστρων, ταλαντώσεις που διαδίδονται στο εσωτερικό τους και σχετίζονται με τη μάζα, τη διάμετρο και την ηλικία του άστρου.

The wide-field of view of PLATO’s 32 telescopes will allow for a much wider coverage of the sky, compared with previous exoplanet-hunting missions. Image Credit: ESA

Συγκριτικά με το Kepler, ένα τηλεσκόπιο αναζήτησης πλανητών που είχε εκτοξεύσει η NASA, το Κepler θα έχει πολύ μεγαλύτερο οπτικό πεδίο και θα εξετάσει έως και ένα εκατομμύριο άστρα στον μισό περίπου ουρανό.

Η ΕSA θα πρέπει τώρα να καταλήξει στις λεπτομέρειες της αποστολής και να αναθέσει την κατασκευή του παρατηρητηρίου στην ευρωπαϊκή αεροδιαστημική βιομηχανία.