Obadi imajo radi bleščeče predmete

Kako lahko raziskovanje vida obadov, ki temelji na zaznavanju polarizirane svetlobe, pripomore k razvoju kamer, uporabnih v medicini, kmetijstvu, industriji, pri razvoju avtonomnih avtomobilov in še kje? Odgovor na to je iskal dr. Gregor Belušič z Biotehniške fakultete v Ljubljani, ki je znanstveno kariero posvetil žuželkam, bolj natančno njihovemu vidu. Z ekipo sodelavcev je v raziskavi, ki jo je financirala agencija za raziskovalno dejavnost in je bila izbrana v projektu Odlični v znanosti 2020, vzel pod drobnogled nadležne žuželke, ki pikajo tudi človeka, ko poleti moker prileze iz vode.

Vid obadov je precej grob in nenatančen, saj imajo njihove oči, če prevedemo v tehnični jezik, le okoli 8000 slikovnih točk ali piks­lov, zato so razvili poseben sistem zaznavanja predmetov s polarizirano svetlobo. Tako zaznavajo odsev krzna živali, ki jih izberejo za žrtve, ter vode, ki jo potrebujejo za parjenje, odlaganje jajčec in pitje, razlaga sogovornik.

»Motiv za raziskavo je bil ugotoviti fiziološki mehanizem zaznavanja polarizirane svetlobe, ki so ga razvile tako rekoč vse žuželke. Večina jo zaznava na nebu, kjer je poseben vzorec polarizirane svet­lobe, žuželke to uporabljajo pri navigaciji oziroma kot kompas za orientacijo v prostoru. Obadi so pri tem posebni, kajti polarizirano svetlobo uporabljajo tudi za zaznavo predmetov, ki so njihov plen, ali vode,« pojasnjuje dr. Belušič in doda, da bodo izsledki raziskave med drugim dobrodošli pri razvoju polarimetričnih kamer, narejenih po vzoru žuželčjega vida, ki so uporabne na primer v medicini, kmetijstvu in industriji. Ekipa je vid obadov proučila s kombinacijo anatomske in elektrofiziološke metode, vedenjskih poskusov in optičnih meritev.

Obadi so najbolj oblegali modro žogo

»Z anatomskimi metodami smo analizirali zgradbo celic v mrež­nici in identificirali tiste, ki so sposobne zaznavati polarizirano svetlobo. Ugotovili smo, da je to točno določen tip celic v posebnem tipu očesc. Zanimivo je, da imajo samice te celice v celotni mrežnici, samci pa le v spodnjem delu. Razlog je po našem mnenju to, da samice plen, ki je krvav pod kožo, torej sesalce, iščejo najprej z vohom in vidom. Vendar s tako skromno kamero, s tako malo slikovnimi točkami, tega plena na velike razdalje ne morejo videti, saj se izgubi v obrisih, zato si pomagajo z že omenjenim trikom, to je, da zaznavajo odblesk polarizirane svetlobe iz krzna plena. Samci si z zaznavanjem polarizirane svetlobe pomagajo le pri iskanju vode, ki jo, tako kot samice, potrebujejo za parjenje in pitje.«

V naslednji fazi so znanstveniki v mrežnice vstavili mikroelektrode, s katerimi so snemali signale iz posameznih celic, ki so jih dražili s svetlobo različnih delov spektra in različno polarizirano svetlobo. »Ugotavljali smo, kakšni so odzivi celic, občutljivih na polarizirano svetlobo, katere celice so udeležene pri barvnem vidu in katere pri zaznavanju polarizirane svetlobe. Tudi fotografiranje živali, ki so potencialni plen obadov, na primer antilop v živalskem vrtu, s polarimetrično kamero je pokazalo, da so obadi razvili sistem, s katerim zaznavajo tisti del svetlobnega spektra, kjer je signal, ki ga lahko zaznajo, prisoten v naravi.

V fazi vedenjskih poskusov so na terenu obade privabljali s pastmi, ki oddajajo polarizirano svetlobo. »Uporabili smo bleščeče črne napihljive žoge za na plažo in šteli pristanke obadov v določenem časovnem intervalu. Potem smo žoge opremili s spektralnimi filtri, s katerimi smo iz odbleska filtrirali posamezne komponente barvnega spektra, in ugotovili, da obade najbolj privlači modra svet­loba. Zdaj razumemo, kako delujejo recimo pasti za muhe cece v Afriki, ki so jih raziskovalci razvili z empiričnimi poskusi in tako kot mi ugotovili, da te muhe privlačijo kombinirane modro-črne pasti. Na podlagi naših ugotovitev so te pasti že optimizirali. Praktični preizkus z vabami pa je pokazal tudi, da so nebleščeče žoge za obade povsem nezanimive.«

Izsledki raziskave med drugim pojasnjujejo, zakaj obadi tako radi zaidejo v avto, parkiran poleti v naravi, in zakaj nas napadejo, ko prilezemo iz vode. Odgovor je v polarizirani svetlobi, ki jo oddaja avtomobilsko steklo, ter v koži, ki se sveti od vodnih kapljic, zaradi česar nas obadi zamenjajo za žival, svoj plen.

Žuželčji vid kot model umetnega vida

Poleg tega imajo izsledki raziskave povsem praktično vrednost, med drugim so lahko oči obadov biološki osnutek miniaturnega hibridnega slikovnega senzorja, po katerem se bodo lahko zgledovali napredni sistemi za umetni vid v avtonomnih vozilih.

Kot je povedal sogovornik, so zelo uporabne polarimetrične kamere, narejene po vzoru žuželč­jega vida, ki so na trgu že nekaj let. »Zanimivo, da jih je proizvajalec Sony razvil, še preden je bila znana njihova velika praktična vrednost. Danes jih že testirajo v številnih panogah in bodo verjet­no zelo kmalu prišle v uporabo. Tako na primer aplikacija, imenovana industrijski vid, omogoča spremljanje različnih izdelkov in zaznavanje skritih poškodb v materialih, denimo plastičnih industrijskih izdelkih. Za navigacijo, predvsem za vojaške namene, je uporaben polarimetrični kompas, ki podobno kot žuželke vzorči nebo in določi strani neba, tudi če ni signala GPS ali je ta moten zaradi spremenjenega magnetnega polja.«

V kmetijstvu že uporabljajo multispektralne kamere, s katerimi s pomočjo satelitov ali dronov spremljajo poljščine na daljavo. Tako ugotavljajo fiziološko stanje rastlin, napade škodljivcev oziroma škodo in podobno. Če bi tem kameram v dronih ali satelitu dodali še polarimetrične kamere, bi lahko hkrati spremljali količino vode na terenu po dežju, sušo in drugo.

Ne smemo pozabiti na uporabnost v medicini, saj posnetki tkiva, narejeni s polarimetrično kamero, razkrivajo, ali je malig­no, torej omogočajo odkrivanje tumorjev. Tudi to je že v fazi testiranja v bolnišnicah v Zagrebu in Skopju. Vodja raziskav Viktor Gruev prihaja iz Ohrida, deluje pa na illinojski univerzi v ZDA.

Nedavno so ugotovili, da je vzorec polarizirane svetlobe v morju specifičen in odvisen od ure dneva, kota svetlobe in položaja na zemlji. Na podlagi tega se lahko na nekaj 10 kilometrov natančno ugotovi položaj katerekoli točke na planetu. Seveda se vprašamo, komu bi koristilo tako ohlapno določanje položaja, a vendar je nadvse uporabno za podmorsko navigacijo. Podmornice namreč nimajo signala GPS, nimajo brezžičnega signala in tudi kompas v kovinskem trupu ne dela, zato bi bila ta metoda lahko uporabna za navigacijo pod morjem.