Někdo se dívá cirkulárně

Většina lidí již jistě přivykla skutečnosti, že různí tvorové nahlížejí na svět diametrálně odlišným způsobem – ptáci vnímají inklinaci magnetického pole, letouni a kytovci shlížejí na svět prostřednictvím echolokace, řada příslušníků ptačí a hmyzí říše pak využívá schopnost vnímat orientaci lineárně polarizovaného světla (viz rámeček „Fyzikální základy polarizace“). Škála různých „fyzikálně užitečných“ pohledů na svět se však donedávna zdála být dobře zmapovaná – nezdálo se, že by nás živočichové mohli překvapit použitím jiného fyzikálního principu či jevu.

A přece nedávná práce mezinárodního týmu vedeného australskými vědci odhalila, že straškové jsou nejspíše schopni rozlišovat kruhově polarizované záření. Výzkum se zaměřil na straška Odontodactylus cultrifer, což je celkem nenápadný asi patnácticentimetrový korýš, žijící v příbřežních oblastech Indického a Tichého oceánu. Seznámit se s ním můžeme například na rybích tržištích asijských velkoměst (nebo rovnou na talíři ve formě výtečné pochoutky asijské kuchyně). Tento korýš loví v pobřežních oblastech drobné rybky, plže i jiné korýše svými kyjovitými klepety, která je schopen vymrštit rychlostí až 120 km/h. Tím kořist omráčí, popřípadě rozbije její krunýř. Více než kyjovité končetiny, které má Odontodactylus stejně složené pod tělem, však při pohledu na korýše zaujmou jeho obrovské, enormně pohyblivé složené oči na stopkách. Právě v nich se ukrývá tajemný světločivný aparát.

Tyto oči se nepodobají ničemu, co jsme dosud v živočišné říši poznali. Umožňují laditelné barevné vidění, a to v osmi barevných kanálech. Navíc složitě vnímají lineárně polarizované světlo a jejich zrakový aparát s výborným prostorovým rozlišením zřejmě umožňuje i prostorové vidění (monokulární stereopsi). Nedávno se k této monumentální detekční „výzbroji“ přidala ještě schopnost rozlišovat cirkulární polarizaci světla.

Jak se „dívat cirkulárně“

Tajemství čití kruhově polarizovaného světla se ukrývá v obrovských očích straška, konkrétně v jejich střední části, neboť při bližším pohledu se jeví „oční koule“ jakoby přepůlená proužkem složených oček (omatidií) s jinou geometrií. Je známo, že tento střední „pruh“ slouží pro detekci lineárně polarizovaného záření a zvláštní vzhled mu propůjčuje velice přesná hexagonální geometrie. Výzkum však ukázal, že pátá a šestá řádka omatidií mají od ostatních řádek poněkud odlišnou strukturu. Pomocí mikroskopických a elektrofyziologických studií se podařilo prokázat, že právě tyto dvě řádky užívají straškové k detekci kruhově polarizovaného záření. Detekce je přitom založena na jednoduchých fyzikálních principech zmíněných na s. 672.

Při vstupu záření do omatidia, tedy jednoho složeného očka, projde světlo nejdříve rohovkou, a poté krystalinním kuželem. Následně musí projít buňkou R8, která je posazena na vršku rhabdomu – souboru tvořeného receptorovými buňkami R1–R7, které přímo detekují dopadnuvší záření. Buňky rhabdomu jsou při pohledu ve směru dopadajícího záření uspořádány do jakési květinky s plátky R1–R7. Každá z buněk rhabdomu středového pásu straškova oka má zvláštně lineárně uspořádané výběžky (spolu s molekulami očních barviv), které fungují jako lineární polarizátory. Navíc je orientace výběžků v buňkách R1, R4 a R5 kolmá na lineárně uspořádané výběžky v buňkách R2, R3, R6 a R7. Buňky rhabdomu tak vlastně vytvářejí systém dvou zkřížených polarizátorů, které za „normálních okolností“ slouží k detekci lineárně polarizovaného záření. Buňka R8 se svou strukturou precizně lineárně poskládaných výběžků však funguje v rozsahu zhruba 400–700 nm jako celkem dobrá čtvrtvlnová destička – udělá tedy z kruhově polarizovaného záření světlo lineárně polarizované, jehož vektor E kmitá v přesně dané rovině, a tak v případě pravotočivě kruhově polarizovaného záření jsou po průchodu buňkou R8 stimulovány pouze buňky R2, R3 a protilehlé R6, R7. Vzpomeňme nyní, že při průchodu záření opačné polarizace (tj. levotočivě kruhově polarizovaného) čtvrtvlnovou destičkou (buňkou R8), kmitá vektor E v rovině kolmé na rovinu vzniklou při průchodu pravotočivě kruhově polarizovaným zářením. Budou proto stimulovány buňky rhabdomu R1 a protilehlé R4 a R5.

Aby byl celý systém detekce co možná nejcitlivější a co nejméně „poruchový“, jsou lineárně poskládané výběžky buněk, sloužící normálně jako lineární polarizátor, orientovány v buňkách R8 v úhlu 45° vůči těm dalším v rhabdomu. Tím jsou do značné míry odstraněny optické nedokonalosti systému, protože zbytkové záření, které projde buňkou, bude mít lineární polarizaci v rovině 45°, tedy co nejvzdáleněji od nastavení polarizace v buňkách R1–R7. Krom toho, aby poklesla hladina šumu v „detekčním systému“, jsou precizně orientovaná omatida v řádku pět otočena o 90° vůči řádku šest. Lineárně polarizované záření tak v drobných očkách straška nenatropí velkou neplechu (je třeba uvážit, že optický systém omatidia nefunguje zcela dokonale).

Potud tedy mikroskopické a elektrofyziologické vysvětlení, ale jaké jsou konkrétní důkazy, že straškové kruhově polarizované záření využívají? Nejen suchopárnou vědou živ je vědec, a tak si vědecký tým vycvičil čtyři strašky na příjem potravy vázaný na levotočivě kruhově polarizované záření a tři na pravotočivě kruhově polarizované záření. Straškové se naučili přijímat potravu v trubičkách, jejichž dno bylo zakončeno reflexními polarizačními filtry. Když pak dostali na výběr trubičky s různou polarizací, zcela přesvědčivě volili ty, na které byli vycvičeni. Můžeme si tedy být jisti, že straškové nejen mají pro detekci kruhově polarizovaného záření aparát, ale zcela určitě dovedou tuto schopnost využívat.

K čemu je to dobré?

Jestliže lidé užívají v kamerách kruhově polarizační filtry, aby se zbavili odlesků, a jestliže v kalném prostředí či ve tkáních (při medicínském užití) je světlo polarizováno cirkulárně a rozlišení kruhově polarizované složky nám pomáhá zvýšit kontrast mezi reálným objektem a pozadím, pak jistě není důvodu, aby straškové nevyužívali schopnost kruhově polarizované světlo přijímat. Zřejmě by to však bylo málo.

Kruhově polarizované záření představuje s velkou pravděpodobností pro strašky jakýsi tajný komunikační kanál. Je totiž známo, že přírodní objekty, například ty, jež jsou složeny z uspořádaných vrstev šroubovicových proteinů, odrážejí kruhově polarizované světlo. (Nejlepším příkladem takového materiálu je kutikula brouka vrubouna.) Přitom se ukázalo, že ocasní části krunýře samečků strašků Odontodactylus cultrifer a O. scyllarus se jeví jako výrazně „barevné“ v kruhově polarizovaném světle. Role těchto samčích „sexuálních lákadel“ při páření strašků zůstává prozatím záhadou. Je ovšem možné, že prostřednictvím těchto plošek s výrazným „cirkulárním zabarvením“ mohou strašci bez obav komunikovat navzájem, protože užití podobného systému v lineárně polarizovaném světle by mohlo být „odposlechnuto“ řadou dalších mořských bezobratlých (včetně příbuzných druhů strašků), a především by mohlo být spatřeno hlavonožci, kteří patří mezi hlavní predátory strašků.

Ačkoli tedy lidé užívají v laboratořích spektroskopické techniky, které měří rozdíl v absorpci či rozptylu levotočivě a pravotočivě kruhově polarizovaného záření (tj. elektronový cirkulární dichroismus, vibrační cirkulární dichroismus a Ramanovu optickou aktivitu) a zcela běžně se používají filtry pro kruhově polarizované světlo při fotografování a v detekčních systémech určených pro kalné prostředí, straškové nás evidentně předběhli. Příbřežní prostředí, ve kterém straškové žili a žijí, bylo vždy kalné a plné predátorů. Nemělo by nás tedy překvapit, že straškové systém percepce kruhově polarizovaného světla vyvinuli mnohem dříve než člověk, nejspíše již před 400 miliony lety, kdy se na Zemi objevili poprvé. Příroda nás tedy opět předběhla, a tentokrát o notný kus.