9 دقیقه
نرهای ماهی مرکب آندریا خودِ نور را هنگام نمایشهای خواستگاری دستکاری میکنند و از بازوهای شفاف و تخصصیای استفاده میکنند که مانند اپتیکِ زیستی عمل میکنند. پژوهشی جدید نشان میدهد این سرپایداران نور افقی قطبیشده سطح اقیانوس را به نوارهای متناوب قطبش تبدیل میکنند و سیگنالی بصری با کنتراست بالا تولید میکنند که برای بینایی قطبیحساس ماهی مرکب تنظیم شده و هدفش جلب توجه در نمایشهای جفتگیری است. این کشف درک ما از ارتباطات زیستی، زیستشناسی حسی و تکامل سیگنالهای مخفی را گسترش میدهد.
نر ماهی مرکب با یک بازوی تخصصی پیچخورده در مراحل اولیه نمایش خواستگاری. رنگها درخشش ایجادشده توسط ایریدوفورها هستند.
چگونه نور را میپیچانند: قطبش، دوتابندگی و بازوی ایدهآل
چشمان ماهی مرکب با چشم انسان تفاوتهای بنیادین دارند. مردمکهای Wشکل آنها چشمگیر است و اگرچه بسیاری از سرپایداران از منظر مشاهده انسانی رنگها را بهگونهای سادهاندیشانه «نمیبینند»، آنها قادر به تشخیص جهت نوسان امواج نور هستند؛ ویژگیای که به آن قطبش نور میگویند. قطبش توصیف میکند که موج نور در چه جهتی نوسان میکند؛ عینکهای آفتابی قطبیساز بر همان فیزیک مبتنیاند و با فیلتر کردن جهتهای مشخص نور، خیرگی را کاهش میدهند.
آراتا ناکایاما و همکارانش در دانشگاه توکیو نشان دادهاند که نرهای ماهی مرکب آندریا (Doratosepion andreanum) از ترفندی فعالتر از بازتاب صرف الگوهای قطبیشده استفاده میکنند. عضلات و بافتهای پیوندی در دو بازوی بسیار بلند جفتگیری خاص دوتابنده (birefringent) هستند: آنها جهت قطبش نوری را که از آنها عبور میکند، میچرخانند. هنگامی که بازو در هندسهای مشخص پیچانده یا حلقه میشود، نور خورشید افقی قطبیشده از سطح دریا وارد سیلندر بازو شده و با قطبش تقریباً 90 درجه چرخیده خارج میشود. نتیجه نوارهای متناوب نور قطبیشده افقی و عمودی در طول بازو است — کنتراستی حداکثری برای یک سیستم بینایی حساس به قطبش.
شکل استوانهای بازو اهمیت ویژهای دارد. این بازو نزدیک به یک ورق موجی زیستی (biological waveplate) ایدهآل عمل میکند و قطبش ورودی افقی را به عمودی و دوباره به افقی تبدیل میکند تا در سراسر نمایش الگو ایجاد شود. برای یک ماهی مرکب بیننده با چشمهای حساس به قطبش، این الگو چشمگیر است و بهمراتب بارزتر از تغییرات رنگی ظریف برای مشاهده انسانی دیده میشود. از منظر فیزیکی، بافتهای دوتابنده فازِ مؤلفههای نوری را تغییر میدهند و بنابراین قادر به تولید تاخیر فازی (retardance) مناسب برای چرخش قطبش در مقیاس نزدیک به ربعموج هستند؛ این همان مکانیسمی است که در موجبرهای ساخت بشر نیز بهکار میرود.
علاوه بر دوتابندگی، ایریدوفورهای پوستی (iridophores) باعث ایجاد رنگهای رنگیننما و درخششهای ساختاری میشوند که در کنار الگوهای قطبی ترکیب بصری پیچیدهتری پدید میآورند. این ترکیبِ انعکاس طیفی و تغییر جهت قطبش، طیف گستردهای از سیگنالهای چندکاناله را برای گیرنده فراهم میکند: سیگنالهای رنگی که برای ناظران با بینایی رنگی مهماند و سیگنالهای قطبی که برای گونههای حساس به قطبش بسیار برجستهاند.
نمایش خواستگاری نر ماهی مرکب آندریا در نور معمولی (بالا) و نور قطبیشده (پایین).
طراحی آزمایش: بازسازی نور دریا و فیلمبرداری سیگنالهای پنهان
برای آزمودن اینکه آیا این الگوی قطبیشده بهعنوان یک سیگنال عمدی عمل میکند یا صرفاً پیامد اپتیک بافت است، ناکایاما و تیمش ماهی مرکبهای وحشی را جمعآوری کردند و برخوردهای جفتگیری را در تانکهایی ترتیب دادند که روشنایی آنها قابل کنترل بود تا قطبش افقی معمول آبهای آزاد را بازسازی کنند. آنها از دوربینهای حساس به قطبش برای فیلمبرداری استفاده کردند و تعاملات خواستگاری را با تصاویر پایهای زمانی که حیوانات نمایش نمیدادند مقایسه کردند. تحلیلهای پلاریمتری (polarimetry) به تیم امکان داد تا درجهبندی و جهت قطبش نور در طول بازوها را کمّی کنند.
نتایج نشان داد در وضعیتهای غیرخواستهگی یا حالتهای معمول، بازوها نوارهای متناوب قطبش را تولید نمیکردند. سیگنال تنها در ژستهای خواستگاری ظاهر شد: نرها بازوهای تخصصی را میپیچاندند، حلقه میکردند و دراز میکردند و همزمان نوارهای بدنی ایریدسانت نیز نشان میدادند. بافتهای دوتابنده قطبش را تا نزدیک 90 درجه میچرخاندند و الگوی متناوبی پدید میآوردند که برای یک مخاطب با بینایی قطبی بسیار برجسته است، اما برای شکارچیان یا رقبایی که حساسیت قطبشی ندارند تقریباً نامرئی میماند — یک کانال ارتباطی نسبتاً محرمانه.
این طراحی آزمایشی چندین مولفهٔ کلیدی داشت که اعتبار نتایج را تقویت میکرد: شبیهسازی جهت و چیدمان نور سطحی دریا، استفاده از ضبط همزمان در نور معمولی و نور قطبیشده، و مقایسهٔ آماری بین وضعیتهای نمایش و غیردنمایشی. اگرچه جزئیات کامل نمونهگیری و تحلیل آماری در گزارشهای آزمایشی اصلی آمده است، آنچه واضح است این است که الگوی قطبیشده پاسخی رفتاری و زمینهای مرتبط با جفتگیری دارد و با موجودات ناوابسته به قطبش همخوانی ندارد.
زمینه علمی و پیامدهای گستردهتر
این پژوهش بر یافتههای پیشین مبنی بر اینکه بافتهای سرپایداران میتوانند نور را قطبی کنند و بسیاری از آنها قادر به ادراک نشانههای قطبیاند، بنا میکند و فراتر میرود: قطبش صرفاً پیامدی غیرقابل کنترل از اپتیک بافت نیست، بلکه میتواند یک کانال سیگنالدهی فعال و قابل تنظیم باشد. از منظر تکاملی، این موضوع موازی با زینتهای رنگی جنسی در دیگر حیوانات را پیشنهاد میکند، اما بهجای رنگدانهها یا ساختارهای بازتابنده رنگی، از اپتیکِ بنیادی متفاوت دوتابندگی و هندسه بافت بهره میگیرد.
از آنجا که انسانها بهطور طبیعی الگوهای قطبی را درک نمیکنند، ممکن است کل مجموعهای از رفتارهای ارتباطی تا کنون نامرئی مانده باشد. نویسندگان مطالعه پیشنهاد میکنند که همانگونه که پوشش پرندگان و رنگآمیزی مجموعهٔ گستردهای از سیگنالهای رنگی را در گونههای دارای بینایی رنگی فراهم میآورند، گونههای حساس به قطبش نیز ممکن است واژگانی پیچیده و متنوع از سیگنالهای مخفی داشته باشند. بررسی تطبیقیِ این الگوها بین گونهها و زمینههای رفتاری مختلف میتواند دامنهٔ وسیعی از ارتباطات پنهان را آشکار کند.
این نتایج همچنین سؤالهای جدیدی مطرح میکنند: آیا ماهی مرکب آندریا از این الگوهای قطبی در زمینههای دیگری چون نمایشهای سرزمینی، تنظیم بقا و استتار (camouflage modulation) برای فریب شکارچیان یا شناسایی گونهای استفاده میکند؟ آیا خصوصیات دوتابندگی با وضعیت فیزیولوژیک، سن یا سلامت فردی مرتبطاند؟ پاسخ به این پرسشها نیازمند مطالعهٔ میدانی گستردهتر و ابزارهای تصویربرداری پلاریمتریک با حساسیت بالاتر است.
نظر یک کارشناس
دکتر امیلی وارگاس، اکولوژیست بینایی در مؤسسه اقیانوسی، میگوید: «این یکی از آن کشفیات است که دیدگاه ما را نسبت به آنچه حیوانات واقعاً «میبینند» دگرگون میکند. ماهی مرکب ساختار فیزیکیای تکامل داده که فیزیک نور را به شاخصی اجتماعی تبدیل میکند. این نتیجه نشان میدهد چگونه اکولوژی حسی و بیومکانیک میتوانند با هم تعامل کنند تا سیگنالهایی بسازند که برای انسان نامرئی اما برای گیرندگان هدف آشکارند.»
علاوه بر زیستشناسی پایه، این یافتهها انعکاسهای فناوری نیز دارد. مواد دوتابنده و موجبرهای فشرده در مهندسی اپتیک کاربرد دارند؛ درک اینکه چگونه یک جانور با بدن نرم قطبش نور را با عضله و بافت شکل میدهد میتواند الهامبخش طراحی دستگاههای اپتیکی دینامیک شود که انعطافپذیر، کممصرف و سازگار باشند. برای نمونه، ورقهای موجی قابلتنظیم زیستالهام ممکن است در حسگرها، نمایشگرها یا سیستمهای مخابراتی نوری آینده کاربرد یابند.
نتیجهگیری
ناکایاما و همکاران نشان دادهاند که ماهی مرکب آندریا عملاً نور را میپیچاند تا در طول نمایشهای خواستگاری سیگنال قطبشی برجستهای ایجاد کند؛ آنها بافتهای بازوی دوتابنده را بهکار میگیرند تا نور افقی اقیانوس را به نوارهای متناوب قطبش تبدیل کنند. این کشف دید ما را نسبت به ارتباطات حیوانی گسترش میدهد و دوباره نشان میدهد که جهانهای حسی میتوانند بسیار غنیتر از آن باشند که چشم انسان بهتنهایی آشکار میسازد. مطالعات آینده که نقشهٔ سیگنالهای قطبی را در گونهها و زمینههای رفتاری گوناگون ترسیم کنند، به ما کمک خواهند کرد آن تنوع پنهان را روشنتر ببینیم؛ اما در حال حاضر پژوهشگران نمونهٔ برجستهای از تکامل را نشان دادهاند که چگونه اپتیک برای جذب جنس مخالف مهندسی شده است.
برای پژوهشگران حوزه بینایی دریایی، زیستشناسی تکاملی و مهندسی اپتیکی، این کشف دریچهای تازه به روشهای ارتباطی زیستی میگشاید. ترکیب ابزارهای تصویربرداری پلاریمتریک، کارهای میدانی دقیق و مدلسازی فیزیکی میتواند فهم ما را از این پدیدهٔ شگفتانگیز عمیقتر کند. بهطور خلاصه، نمایشهای خواستگاری آندریا نمونهای از ارتباطات چندمنظورهاند که با تلفیق هندسه بافت، خواص اپتیکی و رفتار اجتماعی پدید آمدهاند؛ موضوعی که هم برای علم پایه و هم برای ایدههای فناوری الهامبخش است.
منبع: sciencealert
نظرات
رضا
جالب ولی ممکنه شاخ و برگ زیادی داشته باشه، ادعاها رو با نمونههای گونههای دیگه هم باید سنجید، یه کم اغراق به هم میخوره
شهرراه
تفکر جالب، ترکیب اپتیک و رفتار اجتماعی قشنگه، ولی هنوز به دادههای میدانی و مقایسه بین گونهها نیاز هست، یه کم محافظهکاری لازمه...
بیونیکس
تو پروژهی پلاریمتری کوچیک دیدم بافتها قطبش رو تغییر میدادن، اما این پیچیدگی نمایش جفتگیری رو نه — جالبه، کلی یاد گرفتم.
توربو
این واقعا آزمایش طبیعی رو شبیهسازی کرده؟ یعنی توی تانک هم همون رفتار رو داشتن؟ سوالام زیاده، مدرک بیشتر لازمه.
کوینپیل
با عقل جور درمیاد، سیگنال محرمانه جذابه ولی باز فکر میکنم شواهد باید گستردهتر باشن، شاید کمی اغراق شده باشه
دیتاویو
وای، واقعاً ماهی مرکب مثل یک اپتیک زنده شده؟ تصورش عجیب و در عین حال زیباست... چطور تکامل اینو ساخته، محشره!
ارسال نظر