Light senses

Vision används av djur för att bestämma omgivningen, och därför är denna känsla särskilt viktig för rörelse. Hos djur med ögon som har god upplösning kan syn användas för att identifiera föremål från deras geometriska utseende; detta kräver dock en sofistikerad hjärna av det slag som finns i ryggradsdjur, bläckfiskmollusker som bläckfisk och högre Leddjur, såsom bin och hoppande spindlar. All syn, eller fotoreception, förlitar sig på fotoreceptorer som innehåller en speciell ljusdetekterande molekyl som kallas rhodopsin. Rhodopsin detekterar elektromagnetisk strålning-ljus med våglängder i intervallet 400-700 nanometer (1 nm = 10−9m). Det finns några djur som kan upptäcka infraröd strålning (våglängder större än 700 nm); till exempel använder vissa ormar infraröd strålning för att lokalisera varmblodiga byten, och vissa skalbaggar kan använda den för att känna skogsbränder. Men djur som upptäcker våglängder i infrarött gör detta med receptorer som känner av värme eller mekanisk expansion, snarare än med fotoreceptorer.

rhodopsinmolekylen av fotoreceptorer består av ett protein som kallas opsin som sträcker sig över cellmembranet med sju spiraler. Dessa bildar en struktur med ett centralt hålrum som innehåller en kromoforgrupp, som hos människor kallas retinal—aldehyden av vitamin A. När retinal absorberar en ljusfoton ändrar den sin konfiguration (från den böjda 11-cis-formen till den raka all-trans-formen), vilket utlöser en serie molekylära reaktioner som leder inom några millisekunder till en förändring i flödet av joner genom cellmembranet. I ryggradsdjur orsakar ljus stängning av natriumkanaler, medan i de flesta ryggradslösa djur resulterar ljus i öppningen av natriumkanaler. En av funktionerna hos opsinmolekylen är att” ställa in ” kromoforgruppen för att svara på ett visst våglängdsområde. Således tillåter olika opsiner med olika aminosyrasekvenser en organism att ha receptorer med olika spektrala svar; Detta är grunden för färgseende. Hos människor är stavarna, som används för nattsyn och är känsliga för enstaka fotoner, maximalt känsliga för blågrönt ljus (496 nm), och de tre klasserna av kottar, som förmedlar färgseende i dagsljus, är maximalt känsliga för blått (419 nm), grönt (531 nm) och rött (558 nm) ljus. Hos bin, som också har färgseende, skiftas de tre maxima mot kortare våglängder-ultraviolett (344 nm), blått (436 nm) och grönt (556 nm). Ultravioletta receptorer finns också i fåglar och fiskar.

många ryggradslösa djur har kapacitet att se och analysera polariserat ljus. Polarisering uppstår genom atmosfärisk spridning och reflektion vid släta ytor som vatten. I polariserat ljus har alla fotoner sina elektriska fält vibrerande i samma plan; detta kan detekteras av fotoreceptorer om molekylerna är lämpligt inriktade. Den utskjutande mikrovillusstrukturen hos ryggradslösa receptorer gör detta möjligt. Många insekter använder polarisering för att träna solens riktning när himlen är mulen, och andra använder den för att upptäcka vattenytor.

ögonens optiska system bryter ner ljuset enligt dess ursprungsriktning och bildar därmed bilder som kan användas för navigering och mönsterigenkänning. Det finns cirka 10 sätt att bilda bilder, inklusive pinhål, linser och speglar. Av dessa har de enkammade ”kameratyp” ögonen på ryggradsdjur och bläckfiskar den bästa upplösningen. Det mänskliga ögat kan lösa ränder åtskilda 1 minut av båge (1/60 av 1 msk) isär; detta är många gånger bättre än det sammansatta ögat hos ett bi, vilket kan lösa objekt som är åtskilda om 2,8-5,4-5,4.