Mitä on näköaisti?

Näköaistia käsittelevässä blogissa lienee luontevinta heti aluksi hahmotella, mitä näköaisti on. En yritä määritellä sitä, mutta raavin aihetta vähän, jotta tuleville teksteille olisi tarttumapintaa.

Mitä näöllä aistitaan?

Näköaisti on valon havaitsemista. Valo taas on sähkömagneettista säteilyä. Usein tässä kohden sanottaisiin, että näkyvä valo on sähkömagneettista säteilyä ultravioletin ja infrapuna-aallonpituuksien välillä, mutta tämä on kovin ihmiskeskeinen määritelmä. Useat eläimet näkevät vallan hyvin ultraviolettia valoa. Jotkin eläimet havaitsevat myöskin infrapunaa, joskaan sen aistiminen varsinaisesti ole enää näkemistä, koska sitä ei havaita näköpigmentin avulla.

Kuva 1: Sähkömagneettinen säteily lyhytaaltoisimmasta gammasäteilystä pitkiin radioaaltoihin. Ihmissilmä näkee säteilyä, jonka aallonpituudet ovat suunnilleen välillä 400-700 nm. Lähde: Tatoute and  Phrood~commonswiki / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/), Wikimedia Commons. 

Valoon reagoiminen eli fototransduktio tapahtuu näköaistinsolujen solukalvolla. Näiden solukalvojen kannalta katsottuna valo koostuu fotoneiksi kutsutuista, pienen pienistä ”yksittäispakkauksista”. Hämärässä valaistuksessa fotoneita on vähän, ja valoaistinsolut reagoivat kuhunkin solukalvolleen osuvaan fotoniin erikseen. Näitä yksittäisten fotonien aiheuttamia reaktioita eli yksittäisfotonivasteita pystytään mittaamaan sähköfysiologisin menetelmin. Kirkkaassa päivänvalossa fotoneita on ylen määrin, eivätkä näköaistinsolut laske niitä kaikkia erikseen. Ne ilmoittavat sen sijaan, että nyt on muuten melkoisesti, paljon tai älyttömästi fotoneita!

Mitä näkemiseen tarvitaan?

Totesin heti aluksi, että näkeminen on valon havaitsemista. Hetkonen, sanoo biologian tunnilla valveilla ollut lukija! Sittenhän myös kasvit, levät ja syanobakteerit näkevät! Ne havaitsevat valoa, koskapa ne pystyvät yhteyttämään! Aivan, tuo on totta. Näkemisen ja yhteyttämisen välillä on kuitenkin selkeä ero. Yhteyttämisessä valon energia muutetaan kemialliseksi energiaksi, jota voidaan säilöä. Näkemisessä valon energia muutetaan sähköiseksi signaaliksi, joka saa aikaan näköohjattua käyttäytymistä. Tämä muistisääntö on hyödyllinen, joskaan ei aina ihan yksiselitteinen.

Yksinkertaisimmissa näköaistimissa valon havaitsemiseen ja siihen reagoimiseen tarvitaan fotoneita vangitsevaa proteiinia eli näköpigmenttiä ja jonkinlainen ”liikuntaelin”, joka käynnistyy, kun pigmenttiin osuu valoa tai sen päälle lankeaa varjo. Näiden osasten välillä ei tarvitse olla edes hermoyhteyttä, vaan ne voivat sijaita samassa solussa. Näin on esimerkiksi kuutiomeduusojen planula-toukkavaiheen pistesilmissä. Kussakin planula-toukan paristakymmenestä silmästä on värekarva, jonka valon saapuminen näköpigmenttiin saa liikkumaan. Näin toukka pystyy vaihtamaan paikkaa ympäristön valoisuuden mukaan [1]. 

Monimutkaiset silmät voivatkin sitten olla hyvin monimutkaisia. Omissa silmissämme jo pelkästään verkkokalvolla on useita solutyyppejä, itse näköaistimus tapahtuu aivoissa, ja näköaistimuksen aiheuttama reaktio voi olla vaikkapa hyvin monimutkainen liikesarja tai ajatusketju.

Millaista tietoa näköaisti välittää ympäristöstä? 

Näköaistista puhuttaessa ei välttämättä tarkoiteta kuvan näkemistä, vaikka useilla näköaistimilla se onkin mahdollista. Yksinkertaisimmat valoaistimet kertovat kantajilleen, onko yö vai päivä, ja/tai uivatko ne oikealla syvyydellä meressä. Tämä ei ehkä kuulosta kummoiselta tiedolta, mutta sen turvin planktoneläimet pärjäävät elämässään vallan mainiosti. 

Toisessa ääripäässä ovat esimerkiksi tarkkanäköiset päiväpedot haukka ja sudenkorento, jotka havaitsevat pienikokoisia saaliita kaukaa ja pystyvät pitämään valitun kohteen näkökentässään, vaikka lentonopeus sumentaa maailman niiden ympäriltä.

Mihin näköaistia käytetään?

Kuten edellä jo mainitsin, näköaisti ohjaa käyttäytymistä. Eläimet käyttävät näköaistia edellä mainitun valon läsnä- tai poissaolon arvioinnin lisäksi mm. ruoanhankinnassa, lisääntymiskumppanin ja -paikan valinnassa, viestinnässä, petojen välttämisessä, suunnistuksessa ja matkojen arvioinnissa. Keksitkö listalle jatkoa?

Luonnonvalinta vaikuttaa näköaistiin pääasiassa näköohjatun käyttäytymisen kautta [2]. Jos käyttäytyminen on asianmukaista näköaistin välittämään tietoon nähden, on eläimellä paremmat mahdollisuudet saada geeninsä siirtymään seuraavaan sukupolveen. Käytännössä siis jos eväsrepun päällä näkyy voileipä, sitä kannattaa puraista, mutta jos siinä nököttää leijona, kannattaa vaihtaa lähestymistapaa, mikäli haluaa aikanaan päästä kertomaan seikkailustaan lapsenlapsille. Näköaistimet ja näköohjattu käyttäytyminen ovat käytännössä erottamattomat, ja niitä tulisi mieluiten tutkia rinnakkain. 

Tämä oli hyvin lyhyt ja puutteellinen johdanto näköaistiin. Yritän muistaa linkata tulevia tekstejä tähän sitä mukaa, kun kirjoitan näistä aiheista laajemmin.

Lukemistoksi suosittelen kahta itselläni kovassa käytössä olevaa kirjaa:

1. Land, M. F. & Nilsson, D.-E. (2012) Animal eyes, 2. painos. Oxford University Press. Oxford, UK.
2. Cronin, T.V., Johnsen, S., Marshall, N.J. & Warrant, E.J. (2014) Visual ecology. Princeton University Press. Princeton, New Jersey.

Seuraavan blogitekstin ilmestymiseen voi mennä useampi viikko, koska minulla on nyt edessäni maastamuutto ja uuteen työhön opettelu. Valmistelen kuitenkin uusia tekstejä koko ajan, joten jospa saan jotain julkaisuvalmiiksikin.

Seuraavaan kertaan!