Projektanslag

Djurens ögon inspirerar till ny kamerateknik

Rovfåglar har ett enastående färgseende, och insekter kan i tropikerna orientera sig utifrån svagt stjärnljus. Hemligheterna bakom djurens synsystem kartläggs nu i ett nytt forskningsprojekt vid Lunds universitet. Principerna kan bli till gagn för att utveckla effektivare kameror och bättre synhjälpmedel.

Maneter som simmar i grön bakgrund

Ögat påminner om en maskin. Det består i det närmaste av ren optik och elektronik, men i en biologisk förpackning, och har hos olika djurgrupper anpassats och optimerats under årmiljoner genom evolutionen. Men nu vill forskarna ta reda på i detalj hur ögat fungerar och vilka faktorer som begränsar synförmåga och synupplevelser hos olika djur. Dan-Eric Nilsson, professor i zoologi vid Lunds universitet, leder projektet, som finansieras av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.

– För närvarande har vi en ganska splittrad bild. Vi känner till fläckar här och var, men genom detta rejäla anslag kan vi fokusera på övergripande frågeställningar och med hjälp av olika djurgrupper få ett brett grepp om de generella principer som begränsar synförmåga.

Från manet till människa

Studierna bedrivs såväl i den vilda naturen som i laboratoriet och innefattar en mängd olika djurgrupper, bland annat maneter, bläckfiskar, fiskar, insekter och fåglar. Ett 30-tal forskare är involverade, däribland biologer, fysiker och matematiker. Målet är att förstå de gränser som bestämmer hur bra synsinnet kan bli på olika uppgifter.

– Vi vet att djurens ögon i de flesta avseenden överträffar sina tekniska motsvarigheter. Det är denna överlägsenhet som vi vill förstå, säger Dan-Eric Nilsson.

Dan-Eric Nilsson beskriver fem delprojekt. I en mer teoretisk del ska forskningen utmynna i ett övergripande system för beräkning av informationsflödet i olika typer av ögon. I fyra mer experimentella delar ska forskarna studera beteendet och funktionerna hos ögonen.

– Bland annat studerar vi fåglar och testar gränser för färgseendet. Fåglar har ett suveränt färgseende, men däremot ett sämre mörkerseende. Det är ofta en kompromiss mellan olika synegenskaper. Ett svartvitt seende hade gett mer bildinformation, men kapaciteten räcker inte till för bådadera.

Stjärnor vägleder insekter

Synfunktioner i extremt svagt ljus undersöks i nattaktiva insekter. Det finns insekter som flyger i tropikerna bara när det är stjärnljus. Ljuset strilar också mycket svagt genom det tjocka lövtäcket i regnskogen.

– Ändå lyckas insekterna göra små bon till exempel i ihåliga pinnar. De gör det med ögon som är mycket mindre än människans och sämre byggda, men det fungerar ändå. Men vi har ännu ingen förklaring till hur de kan lyckas.

I experimentell miljö i laboratoriet kan forskarna sänka ljusintensiteten ytterligare, och även placera elektroder i ögat och mäta dess reaktioner. Där visar det sig att ljusstyrkan verkligen är avgörande för insekternas beteende, och att synsystemet har anpassats optimalt i den vilda naturen för att de ska kunna överleva.

Men hur står sig människans synsystem i förhållande till djurens? Det är inte många djur som slår människan vad gäller synskärpa, förklarar Dan-Eric Nilsson.

– Evolutionen har inte utvecklat vår synförmåga för att vi ska kunna köra bil eller spela tv-spel, men den har behövts för andra saker. Ursprungligen behövde vi god syn bland annat för att tillverka redskap, något som många andra däggdjur inte skulle kunna klara av.

Men människan har också tappat egenskaper under evolutionen. Troligen var mörkerseendet betydligt bättre i förhistorien. De små däggdjuren är oftast nattaktiva och har behållit dessa egenskaper, medan människan i stället har utvecklat ett bättre färgseende.

Nya tekniska lösningar

Forskningsprojektet har ingen koppling till ögonsjukdomar, men kan i stället bana väg för nya tekniska lösningar.

– Man missar många spännande möjligheter om man har alltför styrd forskning. Vi vill reda ut hur allt fungerar i första hand, och så kommer tillämpningarna i nästa skede. Men vi vet redan att det finns mycket att lära från djurens ögon för tekniska tillämpningar, säger Dan-Eric Nilsson.

Sedan tidigare har forskare i projektet ett mörkerseendepatent, som har utvecklats i samarbete med den japanska biltillverkaren Toyota. Tanken är att bilen själv kan upptäcka en hotande fara, till exempel ett rådjur som hoppar ut på vägen nattetid, och automatiskt bromsa in. Forskningen kan också vara av betydelse för medicinteknik genom bättre synhjälpmedel och förbättra skärmar och kameraoptik.

– Djurens synsystem är oerhört mycket snålare, effektivare och mindre än dagens kameror, som är klumpiga och drar mycket energi, säger Dan-Eric Nilsson. Vi tror att industrin kommer att få en hel del goda idéer genom att efterlikna biologiska system, välja ut de bästa principerna och göra tekniska tillämpningar i framtiden. Samtidigt kan vi förstå djurens ögon och nervsystem bättre.

Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Magnus Bergström