In einer mondlosen Nacht können die Lichtverhältnisse 100 Millionen Mal niedriger sein als bei hellem Tageslicht. Und wenn wir im Dunkeln praktisch blind und völlig hilflos sind, können Katzen ihre Beute recht erfolgreich aufspüren, und Schmetterlinge flattern flink zwischen den Blumen auf unseren Balkonen. Während wir schlafen, verlassen sich Millionen anderer Tiere auf ihre visuellen Systeme, um zu überleben. Gleiches gilt für die Tiere, die in der ewigen Dunkelheit der Tiefsee leben. Darüber hinaus ist die überwiegende Mehrheit der Tiere auf der Welt hauptsächlich bei schwachem Licht aktiv. Wie schaffen sie es, solch starke visuelle Eigenschaften, insbesondere Insekten, zu nutzen, deren winzige Augen und Gehirne weniger als ein Reiskorn sind? Welche optischen und neuronalen Strategien haben sie entwickelt, um bei schwachem Licht gut zu sehen?
Um diese Fragen zu beantworten, wenden wir uns nächtlichen Insekten zu. Trotz ihrer winzigen visuellen Systeme sehen nachtaktive Insekten bei schwachem Licht perfekt. In den letzten Jahren haben wir festgestellt, dass nachtaktive Insekten Hindernisse während des Flugs vermeiden und einschließen, Farben unterscheiden, schwache Bewegungen erkennen, visuelle Hinweise lernen und sie zum Homing verwenden können. Sie können sogar mit dem schwachen Bild der Sternpolarisation navigieren, das der Mond erzeugt, und mit den Sternbildern am Himmel navigieren.
In vielen Fällen scheint diese visuelle Leistung das physikalisch Mögliche geradezu zu stören. Zum Beispiel absorbiert die zentralamerikanische Nachtbiene Megalopta genalis nur fünf Photonen mit ihren winzigen Augen, wenn die Lichtverhältnisse am niedrigsten sind - ein völlig schwer fassbares visuelles Signal. Und doch kann es in der tiefen Nacht während der Nahrungssuche durch den dichten und verworrenen Regenwald navigieren und sicher zu seinem Nest zurückkehren - einem unauffälligen, ausgehöhlten Stock, der im Unterholz hängt.
Um herauszufinden, wie dies überhaupt möglich ist, begannen Wissenschaftler, Falkenmotten zu untersuchen. Diese schönen Insekten - die Kolibris der Welt der Wirbellosen - werden durch anmutige, schnell fliegende Schmetterlinge dargestellt, die ständig nach Blumen mit Nektar suchen. Sobald die Blume gefunden ist, schwebt die Motte vor ihr und saugt den Nektar durch die Rüssel, eine orale Röhre.
Die europäische Nachtfalkenmotte Deilephila elpenor ist eine wunderschöne Kreatur, die sich in federleichten rosa und grünen Schuppen versteckt und mitten in der Nacht Nektar sammelt. Vor einigen Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass dieser Schmetterling nachts Farben unterscheiden kann, das erste dafür bekannte nachtaktive Tier.
Dieser Schmetterling hat kürzlich ein weiteres seiner Geheimnisse enthüllt: die neuronalen Tricks, mit denen er bei sehr schwachem Licht gut sehen kann. Diese Tricks werden natürlich auch von anderen nachtaktiven Insekten wie der Megalopta angewendet. Durch die Untersuchung der Physiologie der Nervenkreise in den visuellen Zentren des Gehirns stellten die Wissenschaftler fest, dass Deilephila bei schwachem Licht gut sehen kann und die Photonen, die es an verschiedenen räumlichen und zeitlichen Punkten sammelt, effektiv stapelt.
Dies ist ein bisschen wie das Erhöhen der Verschlusszeit einer Kamera bei schlechten Lichtverhältnissen. Wenn Sie den Verschluss länger geöffnet lassen, erreicht mehr Licht den Bildsensor und ein helleres Bild. Der Nachteil ist, dass alles, was sich schnell bewegt - wie ein vorbeifahrendes Auto - keine Erlaubnis erhält, sodass das Insekt es nicht sieht.
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Neuronale Summation
Um Photonen im Raum zu kombinieren, können einzelne Pixel eines Bildsensors zusammengefasst werden, um kleinere, aber größere „Superpixel“zu erzeugen. Der Nachteil dieser Strategie besteht wiederum darin, dass das Bild selbst bei hoher Helligkeit verschwommen ist und keine scharfen Details aufweist. Aber für ein nachtaktives Tier, das versucht, im Dunkeln zu leben, ist es besser, eine helle, aber nicht detailgetreue und langsame Welt zu sehen, als überhaupt nichts zu sehen (und dies ist die einzige Alternative).
Physiologen haben gezeigt, dass die neuronale Summierung von Photonen in Zeit und Raum für nächtliche Deylephila äußerst vorteilhaft ist. Bei jeder Intensität des Nachtlichts, von der Dämmerung bis zu den Sternen, erhöht die Summe die Fähigkeit des Deilephilen, bei schwachem Licht gut zu sehen. Dank dieser neuronalen Mechanismen können Deilephilas in 100-mal dunklerem Licht sehen als sonst. Die Vorteile der Summierung sind so groß, dass sich wahrscheinlich auch andere nachtaktive Insekten für eine gute Nachtsicht darauf verlassen.
Die Welt, die von nachtaktiven Insekten gesehen wird, ist möglicherweise nicht so ergreifend oder gut aufgelöst wie die von ihren aktiven täglichen Verwandten. Durch das Stapeln wird jedoch sichergestellt, dass es hell genug ist, um Beute abzufangen, zum Nest zu fliegen und Hindernissen auszuweichen. Ohne diese Fähigkeit wären sie genauso blind wie der Rest von uns.
ILYA KHEL