Jak poznáme, co zvířata cítí? BBC News Ruská služba

Každý ví, že některá zvířata mají úžasně vyvinuté smysly.

Psi mají mnohem lepší čich než my a kočky vidí i v naprosté tmě, kdy se člověk bez baterky neobejde.

Některá zvířata mohou cítit i věci, které si ani neuvědomujeme – například ultrafialové záření magnetického pole Země.

V médiích se neustále objevují příběhy o neuvěřitelných smyslových schopnostech zvířat. Ale jak o nich víme? Nemůžeme se ryby ptát, co vidí.

Chce to hodně vynalézavosti, než na to přijít. Zde je několik způsobů, jak si představit, jaké by to bylo vidět rybíma očima nebo čichat psím nosem.

Stojí za to začít s nejjednodušší věcí: můžete pozorovat zvíře ve volné přírodě.

Vezměme si například velké dravce, kteří se živí mršinami, například supy.

Rozkládající se mršinu vidí v křoví, které poskytuje dobré maskování, a to i ze vzdálenosti několika kilometrů.

Docházíme k závěru: supi jsou schopni rozpoznat nejmenší detaily předmětů.

Psí čich

Pokud potřebujeme přesnější informace, můžeme provést behaviorální experiment. Jeden z prvních takových experimentů proběhl na konci 19. století, jeho autorem byl anglický biolog George Romaines.

Jednoho dne šel se svým psem na procházku do londýnského Regent’s Parku. Romaines byl zjevně v rozpustilé náladě a rozhodl se vyzkoušet schopnosti svého psa.

Romaines počkal, až jeho pes odvrátí pozornost jiným psem, a pak se rozběhl a při běhu se proplétal. Když se pes vrátil, uvědomila si, že její majitel odešel, a okamžitě začala očichávat zem.

Pes vedený jejím čichem sledoval jeho stopy, které ji zavedly přímo k majitelce, která na ni čekala.

Tento spontánní experiment dává dobrou představu o tom, jak vynikající je psí čich a jak užitečný může být.

Prostřednictvím následných experimentů George Romaines zjistil, že psi mohou detekovat určité pachy z velmi velké vzdálenosti, i když byly přítomny jiné, silnější pachy.

Jeho pozorování dodnes pravidelně citují soudní znalci, včetně FBI.

Takové různé uši

Dalším krokem je studium smyslových orgánů zvířete.

Anatomie smyslových orgánů vám může hodně prozradit, jak fungují.

Vezměte si například lidské uši. Každá obsahuje kochleu: malou spirálovitou strukturu obsahující tisíce specializovaných nervových buněk, které jsou schopny detekovat zvuky.

Spirálový tvar hlemýždě nám dává představu o tom, jak funguje: je obzvláště dobrá při zachycování tichých, nízko položených zvuků.

V roce 2006 vědci simulovali zvuk cestující ve spirále a zjistili, že nízké frekvence byly zesíleny.

Díky tomu je pro člověka snazší detekovat tiché, nízkofrekvenční zvuky, než kdyby hlemýžď ​​nebyl.

Stejně tak antény hmyzu jim umožňují cítit, ochutnávat, dotýkat se, slyšet, cítit teplotu a cítit vítr.

Během evoluce se pro každý z těchto smyslů objevily na anténách odpovídající prvky, které jsou viditelné pod mikroskopem.

Daniel Robert z University of Bristol (Velká Británie) studuje, jak hmyz používá své antény ke slyšení. V roce 2001 studoval s Martinem Gopfertem antény proti komárům.

Komáři používají své antény k detekci slyšitelných vibrací, a to i v situacích, kdy je poblíž příslušník opačného pohlaví. V jejich tykadlech je 15–16 tisíc sluchových buněk, vysvětluje Robert.

Když byli Robert a Gopfert ve zvukotěsné kapsli, namířili velmi tenký laserový paprsek na anténu komára. Ke svému překvapení zjistili, že i v úplném tichu anténa mírně vibruje, s frekvencí přibližně 440-450 Hz. Ukazuje se, že sluchové buňky jsou téměř vždy v pohybu.

Když začne zvuková vlna, sluchové buňky se s ní začnou synchronně pohybovat a zesilují zvuk. Díky tomu začne komár zvuk lépe slyšet.

Buňky „přidají malý pulz o frekvenci, kterou potřebují,“ říká Daniel Robert. “V některých případech to umožňuje zesílit zvuk 10krát nebo dokonce 100krát.”

Robert použil podobnou mikroskopickou techniku ​​k vyšetření uší kobylek, které se nacházejí na jejich předních končetinách pod kolenem.

Pořízením mikrotomografů těchto malých uší Robert a jeho kolegové zjistili, že uvnitř nich existuje „pákový systém“, který reaguje na vibrace způsobené zvukem. Opět to zvyšuje účinek zvukových vln.

“Nikdo předtím nic takového neviděl,” říká výzkumník. “Některé hlubinné ryby mají v sítnici pouze tyčinky.”

Když vibrace procházejí uchem kobylky, padají do malého otvoru naplněného tekutinou, která pokrývá senzorické neurony, které detekují zvuk.

Danielu Robertovi se to podařilo zjistit pomocí laseru, který zachycuje mikropohyby, a reproduktoru, který vydává zvuky pro hmyz.

„Vysoké frekvence zvuku, který jsme vysílali, vytvářely silné vibrace v bodech kontaktu, jako je naše kochlea,“ vysvětluje. “Nízké frekvence putovaly dále do dalších buněk níže.” Podobné procesy probíhají v lidském uchu.

kdo to vidí?

Abychom se dozvěděli více, můžeme se obrátit nejen na anatomii, ale také na vlastnosti jednotlivých buněk smyslových orgánů.

Některé hlubinné ryby mají na sítnici na rozdíl od lidí pouze tyčinky – naše sítnice obsahují tyčinky i čípky.

To nám dává představu o tom, jak to vidí. Čípky jsou potřebné pro barevné vidění, takže jejich nepřítomnost u ryb naznačuje jejich neschopnost rozeznávat barvy.

Tak jsme se dozvěděli, že vidění psů není navrženo tak, aby vnímalo barevné informace.

Mají pouze dva druhy čípků, ale lidé mají tři. V důsledku toho rozlišují žluté a modré tóny, ale nevidí červené a zelené tóny.

Člověk používá tyče, aby viděl v šeru.

U hlubinných ryb jsou „neuvěřitelně velké,“ říká Ron Douglas z City University London (UK).

To jim umožňuje zachytit co nejvíce světla a vidět téměř ve tmě.

Vůně a chuť

Podobný přístup lze aplikovat na čich a chuť.

Vědci tedy spočítali počet čichových receptorů v psích nosech. Bloodhoundi jich mají více než 200 milionů, zatímco lidé jen 5-6 milionů. Zde je další potvrzení skutečnosti, že psí čich je lepší než náš.

Další studie provedená v roce 2006 ukázala, že kočičí jazyky postrádají chuťové buňky, které reagují na sladkosti.

Ukazuje se, že zástupci rodiny koček – od divokých lvů a tygrů po domácí zvířata – nejsou schopni cítit sladkost jídla.

Není zcela jasné, proč se tak stalo, ale kočkovité šelmy jsou známé svými masožravými zvyky, takže chutě na sladké se v jejich jídelníčku příliš nevyskytují.

Naproti tomu ovocné mušky mají čichové receptory, které jsou skvělé při detekci ovocných pachů, ale nic moc jiného.

Jejich čich může být omezen lidskými standardy, ale je dobře přizpůsoben jejich potřebám.

Smyslové schopnosti zvířat se neomezují pouze na jejich sluch, zrak a čich. Můžete také sledovat, jak senzorické signály putují nervovým systémem zvířete do mozku.

K tomu vědci používají elektrofyziologické testování. Do oka nebo mozku zvířete je umístěna malá elektroda, která zachycuje drobné impulsy ze smyslů.

Jednou z klíčových otázek je, jak dobře zvíře vidí rychlé záblesky světla. Podle Rona Douglase to určuje jeho schopnost zachytit pohyb.

Lidské oko dokáže vidět až 50 záblesků světla za sekundu. Pokud se frekvence záblesků zvyšuje, člověku se zdá, že svítí konstantní světlo. Zářivky tedy blikají více než 100krát za sekundu, ale to nemůžeme zachytit.

Jiná zvířata jsou citlivější na blikající světlo. Některá kuřata mohou například vidět asi 100 záblesků světla za sekundu, takže použití fluorescenčního světla v jejich klecích je problematické.

“Cítí se, jako by žili na diskotéce,” říká Douglas. “Je zřejmé, že dochází k porušování práv zvířat.”

Geny a mozek

Navíc je tu i samotný mozek.

“Geny určují, jak se vyvinul čich, zrak, sluch a chuť zvířete.”

Funkční magnetická rezonance (fMRI) umožňuje zjistit, kdy je určitá část mozku aktivována. K tomu se sledují změny krevního oběhu a hladiny kyslíku v krvi.

Tělo se snaží zajistit proudění okysličené krve do neuronů, které jsou aktivovány smysly.

Tak jsme se dozvěděli, že v psím mozku existují specifické oblasti, které zpracovávají složité informace související s čichem.

V roce 2015 byla zveřejněna studie, která ukazuje, že mozková aktivita psa se liší v závislosti na tom, zda pes cítí známý nebo neznámý lidský pach.

Nakonec by měla být zkoumána DNA zvířete.

Všechny aspekty smyslů zvířete, od jejich struktury až po počet receptorů a mozkovou aktivitu, jsou nakonec určeny jeho geny.

Geny určují, jak vyvinuté jsou čich, zrak, sluch a chuť zvířete.

To znamená, že se můžeme hodně dozvědět o smyslech zvířete pouze na základě informací o jeho DNA.

V roce 2014 vědci pečlivě studovali genomy 13 živočišných druhů a snažili se objevit geny, které jsou zodpovědné za čich.

Bylo zjištěno, že afričtí sloni mají více genů spojených s čichem než kterékoli jiné dosud studované zvíře.

Nevíme, co přesně většina z těch 2000 genů ovlivňuje, ale samotná čísla naznačují, že sloní nosy jsou neobvykle dobře vybavené.

A ještě jedna věc. Až dosud jsme se zajímali o studium těch smyslových schopností zvířat, kterými disponují i ​​lidé.

Některá zvířata však dokážou vycítit věci, které my v podstatě nedokážeme vnímat.

Ukazuje se, že někteří tvorové jsou schopni vidět formy světla neviditelné pro lidské oko.

Co je člověku nedostupné

Mnoho zvířat například vidí ultrafialové záření, jehož vlnové délky se pohybují od 10 do 400 nanometrů.

Zda zvíře vidí světlo určité vlnové délky, můžeme zjistit kontrolou, zda prochází čočkou jeho oka.

Čočka zdravého člověka blokuje ultrafialové záření, takže ho nevidíme. Řadě zástupců zvířecího světa však ultrafialové pomáhá vidět v šeru, poznamenává Ron Douglas.

Některé povrchy odrážejí pouze ultrafialové světlo, takže jsou pro většinu lidí na rozdíl od zvířat neviditelné.

Existují například okvětní plátky s pruhy ultrafialového reflexního materiálu, které přitahují opylující hmyz.

“Včela uvidí tyto značky, které ji nasměrují na umístění nektaru,” říká Douglas. “Je to jako přistávací světlo pro včely.”

Včely se vlastně řídí těmito „nektarovými vodítky“, které jim umožňují sbírat pyl a poté být schopny opylovat další květiny. Ukazuje se, že systém funguje jak pro květiny, tak pro včely.

Zvířata mají ještě podivnější smyslové schopnosti, ale vědci našli způsob, jak je také studovat.

Víme například, že stěhovaví ptáci vnímají magnetické pole Země. Vzorce jejich letů se mění v souladu s tím, jak se pohybují magnetické póly planety.

Jak přesně to dělají, zůstává záhadou.

Existuje hypotéza, že buňky v jejich očích reagují odlišně v závislosti na orientaci ptáka ve vztahu k magnetickému poli – to znamená, že ptáci jsou nějak schopni „vidět“ magnetické pole.

Žraloci navíc detekují elektrická pole. Mají speciální elektroreceptory – ve skutečnosti se jedná o póry, které jsou vyplněny gelem, který vede malý elektrický výboj.

Živočišná elektřina

Chloupky rostoucí v pórech se při nabíjení gelu pohybují a tím vysílají signál do žraločího mozku.

“Jde o drobné elektrické impulsy,” vysvětluje Ryan Kempster z University of Western Australia v Perthu. I oni však pomáhají žralokovi najít malou kořist, která je v nedohlednu.

“Pokud vizuální sledování kořisti selže, žralok je schopen detekovat toto malé bioelektrické pole a získat představu o tom, kde by mohla být potenciální kořist,” říká výzkumník.

Kempster zjistil, že někteří žraloci se více spoléhají na elektrorecepci než jiní.

Australský žralok býčí má tedy jen pár stovek elektroreceptorů, zatímco žralok kladivoun až tři tisíce.

Takový výzkum má někdy nečekané výhody.

Studiem elektrosenzitivity žraloků vědci shromáždili data, která by mohla pomoci vyvinout elektrody k odpuzování žraloků.

Mohou být instalovány na oblíbených plážích, aby byla zajištěna bezpečnost plavců.

„Vzhledem k jejich schopnosti detekovat extrémně slabá elektrická pole prostřednictvím svého elektrosenzorického systému uniknou vlivu jakéhokoli nepříjemného elektrického impulsu dlouho předtím, než jim může způsobit jakékoli poškození,“ říká Ryan Kempster.

A výzkum Daniela Roberta v oblasti sluchu hmyzu ovlivňuje vývoj nových modifikací sluchadel.

Ron Douglas jednou objevil, že sítnice některých hlubinných ryb obsahují chlorofyl. Tento objev přispěl k rozvoji kapek noční slepoty.

“Moje práce nebyla vedena tím, ale čistě mým zájmem o to, co zvířata vidí,” vysvětluje Douglas. “Nikdy však nevíte, jakým směrem se výzkum ubere.” Nějaký levičák – tedy já – studoval oči hlubinných ryb a díky tomu věda udělala pár kroků vpřed, které mohou lidstvu pomoci.“

Rozmanitost smyslových orgánů u zvířat nám říká, že evoluce živých organismů jim umožnila plněji interagovat s jejich prostředím.

Nikdy nebudeme schopni vidět svět očima kondora nebo slyšet to, co slyší komár, ale můžeme na chvíli zavřít oči a alespoň si to zkusit představit.