Tree shrews combine panoramic vision with an expanded oculomotor repertoire
Diese Studie zeigt, dass Spitzhörner trotz seitlich angeordneter Augen über ein erweitertes okulomotorisches Repertoire verfügen, einschließlich präziser, augengesteuerter Blickkontrolle und einer Überrepräsentation des zentralen Gesichtsfeldes, was beweist, dass Panorama-Vision und unabhängige Augenbewegungen trennbare Merkmale und keine sich gegenseitig ausschließenden Anpassungen sind.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Die meisten Säugetiere sehen die Welt durch Augen, die seitlich am Kopf platziert sind – eine Anordnung, die einen weiten, panoramischen Blick bietet, um Fressfeinde aufzuspüren, aber es erschwert, sich ohne das Drehen des gesamten Kopfes auf ein einzelnes Objekt zu konzentrieren. Im Gegensatz dazu haben Primaten und andere Tiere mit nach vorne gerichteten Augen Augen, die nach vorne blicken, was es ihnen ermöglicht, ihren Blick schnell und präzise auf neue Ziele zu richten, und zwar nur mit den Augen, unabhängig von ihren Kopfbewegungen. Lange Zeit glaubten Wissenschaftler, dass diese beiden Merkmale untrennhaft miteinander verbunden seien: Wenn ein Tier seitlich ausgerichtete Augen hatte, musste es sich darauf verlassen, den Kopf zu drehen, um sich umzusehen, und dabei die Fähigkeit opfern, die Augen frei zu bewegen. Dieser Kompromiss schien eine grundlegende Regel der Natur zu sein, bei der ein weites Sichtfeld mit dem Preis einer präzisen, augengesteuerten Kontrolle erkauft wurde.
Forscher der Cornell University setzten sich zum Ziel zu testen, ob diese Regel wirklich unumstößlich war. Sie wandten ihre Aufmerksamkeit auf die Spitzmausprimaten (Tree Shrew), ein kleines, akrobatisches Säugetier, das in Bäumen lebt und Augen hat, die an den Seiten seines Kopfes positioniert sind. Da Spitzmausprimaten evolutionär eng mit den Primaten verwandt sind, legte ihre seitliche Augenplatzierung nahe, dass sie denselben starren Regeln folgen sollten wie andere seitlich blickende Tiere wie Ratten oder Mäuse. Die Wissenschaftler wollten wissen, ob ein seitlich blickendes Tier tatsächlich das Muster durchbrechen und seinen Blick mit derselben Unabhängigkeit und Präzision wie ein frontal blickendes Tier steuern kann. Um dies herauszufinden, bauten sie ein System, um die Augen der Spitzmausprimaten zu beobachten, während deren Köpfe ruhig gehalten wurden, wobei sie jede winzige Bewegung maßen, um zu sehen, ob die Tiere umsehen konnten, ohne zu versuchen, ihre Köpfe zu bewegen.
Das Team entdeckte, dass Spitzmausprimaten nicht den alten Regeln folgen. Wenn ihre Köpfe fixiert waren, bewegten die Spitzmausprimaten ihre Augen häufig und mit großer Geschwindigkeit, wobei sie ihren Blick verlagerten, um verschiedene Teile des Raumes anzusehen. Entscheidend war, dass diese Augenbewegungen stattfanden, ohne dass die Tiere versuchten, ihre Köpfe zu drehen. Tatsächlich ereignen sich fast neunzig Prozent der Augenbewegungen ohne jegliche nachweisbare Kopfbewegung. Dies bildete einen starken Kontrast zu Ratten, die die Forscher ebenfalls getestet hatten; Ratten bewegten ihre Augen sehr selten, wenn ihre Köpfe ruhig waren, und wenn sie es taten, versuchten sie fast immer, ihren Kopf mit ihnen zu bewegen. Die Spitzmausprimaten hingegen konnten ihren Blick horizontal und vertikal verlagern, genau wie ein Primat, was bewies, dass das Vorhandensein von Augen an der Seite des Kopfes das Tier nicht dazu zwingt, sich beim Umsehen auf seinen Kopf zu verlassen.
Die Forscher fragten dann, ob diese Augenbewegungen nur zufällig waren oder ob die Tiere tatsächlich gezielt etwas anvisieren konnten. Sie trainierten die Spitzmausprimaten darauf, visuelle Ziele anzusehen, die auf einem Bildschirm erschienen. Die Tiere lernten schnell, ihre Augen auf die Ziele zu richten, wobei sie schnelle, präzise Bewegungen machten, um sie zu fixieren. Noch beeindruckender war, dass die Spitzmausprimaten in der Lage waren, ihren Blick für mehrere Sekunden stabil auf einem Ziel zu halten – eine Fähigkeit, die als Fixation bekannt ist und essenziell ist, um feine Details zu erkennen. Diese Fähigkeit, den Blick sowohl schnell zu verlagern als auch stabil zu halten, ist ein Kennzeichen frontal blickender Tiere, doch die Spitzmausprimaten erreichten dies trotz Augen, die eindeutig für eine panoramische Sicht positioniert sind.
Um zu verstehen, wie dies möglich war, blickten die Wissenschaftler tiefer in die Biologie der Spitzmausprimaten. Sie untersuchten den visuellen Kortex des Gehirns, den Teil des Gehirns, der das verarbeitet, was die Augen sehen. Sie fanden heraus, dass das Gehirn der Spitzmausprimaten einen unverhältnismäßig großen Raum dem Zentrum des Sichtfeldes widmet, dem Bereich, auf den sich das Tier konzentriert, wenn es ein Ziel fixiert. Dies ähnelt der Organisation der Primatengehirne, obwohl Spitzmausprimaten nicht über den spezialisierten zentralen Punkt im Auge verfügen, den Primaten besitzen. Darüber hinaus untersuchte das Team die Muskeln, die die Augen bewegen. Sie fanden heraus, dass Spitzmausprimaten eine komplexe Art von Nervenenden in diesen Muskeln besitzen, sogenannte Palisadenenden, die typischerweise bei Tieren mit präziser Augensteuerung vorkommen. Ratten, die stärker auf Kopfbewegungen angewiesen sind, besitzen viel einfachere Versionen dieser Nervenenden, während Spitzmausprimaten die ausgefeilten, detaillierten Strukturen aufweisen, die bei frontal blickenden Arten zu finden sind.
Die Studie legt nahe, dass die Verbindung zwischen Augenplatzierung und Blicksteuerung nicht so starr ist, wie einst angenommen. Spitzmausprimaten haben es geschafft, ein panoramisches Sichtfeld mit der ausgefeilten, unabhängigen Augensteuerung zu kombinieren, die normalerweise Tieren mit nach vorne gerichteten Augen vorbehalten ist. Die Forscher schlagen vor, dass diese einzigartige Kombination entwickelt worden sein könnte, um diesen Tieren zu helfen, ihre komplexe, dreidimensionale Welt in den Bäumen zu navigieren. Beim Sprung von Ast zu Ast muss der Spitzmausprimat seinen Kopf für das Gleichgewicht und die Bewegung orientiert halten und gleichzeitig den nächsten Landepunkt scannen können. Die Fähigkeit, die Augen unabhängig vom Kopf zu bewegen, erlaubt es dem Tier, ein zukünftiges Ziel zu inspizieren, ohne die Eigenbewegung des Körpers zu stören. Dieser Befund zeigt, dass das Design eines visuellen Systems flexibler ist als bisher angenommen, und verdeutlicht, dass die Natur Merkmale mischen und kombinieren kann, um spezifische Überlebensherausforderungen zu lösen.
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