Ako vidieť ako vták

Tento príbeh je súčasťou nášho letného rozhovoru v Knižnom klube o knihe Jennifer Ackerman ‚The Genius of Birds.‘ Chcete sa zúčastniť? Prihláste sa na odber nášho newslettra alebo nám pošlite svoj názor na Aplikácia MolecularConceptor VoxPop.

Na prvý pohľad môže perie tanagera posiateho berylom vyzerať jemne bledomodré. Ale pri pohľade z iného uhla sa na juhoamerického spevavca leskne elektrická tyrkysová farba so zlatými odleskami. Tento jav, ktorý mení farbu, je známy ako iridescencia.

„Videl som veľa naozaj krásnych vtákov na nádherných záberoch, ale uvedomil som si, že fotením vám tento skutočne veľmi desivý fenomén uniká,“ hovorí Joshua Medina , 3D umelec a špecializujúci sa na digitalizáciu v Mooreovo laboratórium zoológie na Occidental College v Los Angeles. 'A to je niečo, čo môžete replikovať iba v trojrozmernom modeli.'

Laboratórium Moore Lab je zásobárňou viac ako 65 000 vtáčích exemplárov prevažne zozbieraných v Mexiku a Južnej Amerike od roku 1933 do roku 1955. Medina ako technický umelec vyvíja 3D modely, aby ľudia mohli vidieť farby, vzory a zložité vizuálne podnety v operení vtákov, ktoré môže byť pre štúdium ťažké vizualizovať.

'Je to ako mať tam exemplár priamo pred vami,' hovorí John McCormack , riaditeľ a kurátor vtákov a cicavcov v Moore Lab. 'Môžete sa priblížiť a vidieť vtáka ešte podrobnejšie, ako keby ste sa naňho pozerali voľným okom.'

Moore Lab Tanagers (a hosť, andulka oranžová) vytvoril Joshua Medina a Moore Lab na Sketchfab .

Medina používa 3D techniku ​​nazývanú fotogrammetria. Jeho počiatočné nastavenie ako vysokoškoláka bolo v jeho internáte, pomocou gramofónu s plyšovým exemplárom vtáka a množstvom stolových lámp. („Ľudia, ktorí vošli dnu, si museli myslieť, že to vyzerá veľmi strašidelne.“) Manuálnym „dídžejom“ na stole urobil stovky digitálnych fotografií z rôznych uhlov, ako sa vták otáčal. Odvtedy sa vzdal DJingu a internátu a premenil sa na plne automatizovaný gramofón, ktorý roztočí vtáka pri každom kliknutí fotoaparátu. Jeden model môže obsahovať až 288 fotografií z troch rôznych uhlov, spracovaných domácimi open-source programami.

'Je to dosť divoké,' hovorí McCormack. 'Môžete si vziať ten 3D model a v podstate ho môžete rozbaliť a sploštiť do štvorca, ktorý v podstate obsahuje každý jeden kúsok s veľkosťou pixelov na celom modeli.' Výskumník by potom mohol extrahovať a analyzovať každú jednu farbu nájdenú na vzorke vtáka, čo by mohlo byť užitočné pri sledovaní vývoja farieb peria u rôznych druhov vtákov.

Vzorky rôznych naskenovaných druhov tanagerov, ktoré Moore Lab používa na analýzu farby peria. Zľava doprava (kliknutím zobrazíte vysoké rozlíšenie): beryl posiaty tanager , tanager škvrnitý , tanager so zlatou kapucňou . Kredit: Joshua Medina / Laboratórium Moore

Vtáky majú farby z mnohých rôznych dôvodov. Červené, škvrnité hnedé perie môže maskovať vtáka pred predátormi, zatiaľ čo svetlejšie perie môže vtákom pomôcť schladiť sa. Okázalé farby, ako je dúhové perie na hrdloch kolibríkov, môžu byť nápadnou reklamou pre kamarátov.

„Niekedy sú to neuveriteľne zložité displeje so všetkými druhmi farieb a vzorov, ktoré samice vtákov zvyčajne vidí a spracovávajú a rozhodujú o párení,“ hovorí McCormack. 'Toto sa dostane do inteligencie vtákov.'

Zrak je najdôležitejším zmyslom vtákov, vysvetľuje McCormack, a na spracovanie veľkého množstva vizuálnych informácií majú vtáky veľké optické laloky.

Rôzne druhy strnádok z rodu Passerina zobrazujúce farebných samcov aj hnedé samice v zbierke vtákov Moore Lab. Kredit: John McCormack/The Moore Lab

„Práve pred 20 rokmi sa stalo veľmi známym, že vtáky vidia inak ako my,“ hovorí Allison Shultz , asistent kurátora ornitológie v Prírodovednom múzeu v okrese Los Angeles, v súčasnosti študuje operenie tanagerov. 'V porovnaní s nami majú akúsi vylepšenú víziu.'

Na spracovanie farieb majú ľudia v očiach tri typy čapíkov, vysvetľuje Shultz, alebo fotoreceptory, ktoré sú citlivé na červenú, zelenú a modrú. Ale vtáky majú štyri kužele - štvrtý kužeľ rozširuje ich zrak za naše vizuálne spektrum. Kým ľudia vidia farby vo vlnových dĺžkach 400 až 700 nanometrov, vtáky sa ponoria do časti ultrafialového spektra a uvidia 300 až 700 nanometrov.

'Vtáky môžu vidieť niektoré ultrafialové farby, ktoré nedokážeme ani opísať,' hovorí McCormack. „Ani nevieme, aké sú tie farby. Nemáme pre nich slová, pretože ich nikdy neuvidíme, ale vtáky ich vidia.'

Rôzne druhy tanagerov, stredoamerický a juhoamerický spevavec, zachovaný v laboratóriu Moore Lab. Kredit: John McCormack/The Moore Lab

Nielenže majú vtáky viac druhov čapíkov ako ľudia, ale ich čapíky sú presné farebné filtre. Každý z nich má malé kvapôčky oleja, ktoré obmedzujú množstvo svetla, ktoré dopadá na každý jednotlivý kužeľ, čo umožňuje vtákom rozlíšiť rozdiely medzi podobnými farbami, ktoré si ľudské oko nevšimne, hovorí Shultz.

Tanagery, rodina druhov, ktoré žijú v celej Strednej a Južnej Amerike, napríklad pokrývajú takmer celé farebné spektrum pozorované u vtákov, hovorí Shultz. Vedci si pôvodne mysleli, že 50 % z približne 370 druhov je dvojfarebných, pričom samce a samice majú rôzne farby peria. Keď však Shultz a jej kolega Kevin Burns merali farby z modelu vtáčej vízie, oni odhaduje, že tanagery sú v skutočnosti z 93 % dichromatické .

'Je tu veľa variácií, ktoré nám v očiach chýbajú,' hovorí Shultz.

Shultz a McCormack vymýšľajú spôsoby, ako by výskumníci mohli vidieť to, čo vidia vtáky. Súčasné techniky vyžadujú odrazový spektrofotometer, zariadenie, ktoré používa sondu z optických vlákien, ktorá vysiela impulzy xenónového svetla - svetla, ktoré zahŕňa celé spektrum - na objekt. Svetlo, ktoré sa odráža späť, hovorí výskumníkom, aké farby sú prítomné v perí vtákov, vrátane rysy vtáka viditeľné iba v ultrafialovom spektre . „Odrazová spektrofotometria je skvelá. Potom môžeme použiť model vtáčieho videnia na tieto údaje, ale v skutočnosti sú to body na vtákovi, “hovorí Shultz – no pri bodovom zachytení sondy chýbajú väčšie plochy vzorov.

Preto Shultz, McCormack a Medina pracujú na nastavení UV kamery. 'Schopnosť použiť techniku ​​Moore Lab s UV kamerou, ako aj digitálnym fotoaparátom, aby sme získali pocit vzorovania vtákov v 3D priestore, bude naozaj dôležité,' hovorí Shultz.

Medina už vytvára svoj vlastný softvér pre laboratórium a vytvára verziu s otvoreným zdrojom Proces 3D fotogrametrie aby techniky mohol používať každý. Typová zásuvka vzoriek v laboratóriu Moore vytvoril Joshua Medina a Moore Lab na Sketchfab .

V súčasnosti sú všetky vzorky Moore Lab katalogizované online , ale odfotografovaných je len niekoľko a niektoré cenné druhy nie je možné z laboratória odstrániť. Tím zjednodušuje proces digitalizácie celej zbierky v 3D, aby výskumníci z celého sveta mali prístup k exemplárom vtákov a mohli s nimi interagovať. Ľudia budú môcť nielen dôkladne analyzovať farby, ale môžu skúmať textúru, priehľadnosť a reflexné povrchy, hovorí Medina.

'Zaujímavé je, že každá z týchto vrstiev je najčastejšie prezentovaná len ako údaje vo vede a pri digitalizácii,' hovorí. 'Myslím si však, že keď si tieto údaje vizualizujete, stane sa z nich niečo, čo je oveľa hmatateľnejšie umelecké a zaujímavé.'

Špeciálne poďakovanie patrí Joshuovi Medinovi a Moore Lab  ​​za zdieľanie a generovanie doplnkových 3D vizuálov. Preskúmajte ďalšie 3D modely vtákov zo zbierok Moore Lab Medina's Sketchfab .

Piatok prispejte vede

Investujte do kvalitnej vedeckej žurnalistiky prispením daru Science Friday.