Idee van lenzen verworpen

Slangster ‘ziet’ met duizenden lichtgevoelige cellen

Ophiocoma wendtii bezit uitgebreid netwerk van lichtgevoelige cellen

Een netwerk van duizenden lichtgevoelige cellen stelt slangsterren in staat om donkere plekjes op te zoeken waar ze zich kunnen verschuilen voor roofvijanden, schrijven Lauren Sumner-Rooney en collega’s. Lenzen komen daar niet aan te pas, zoals werd aangenomen.

De slangster Ophiocoma wendtii, die leeft op koraalriffen in het Caribische gebied, heeft een afkeer van licht en kruipt overdag weg in donkere hoekjes waar roofvijanden hem moeilijk kunnen vinden. Dat betekent dat hij verschil waarneemt tussen donker en licht. Hij kan dat dankzij een indrukwekkend netwerk van duizenden lichtgevoelige cellen over het hele lichaamsoppervlak, ontdekten Lauren Sumner-Rooney en collega’s.
Tegelijk halen ze een oud idee onderuit, namelijk dat de armen aan de bovenkant bedekt zijn met microlenzen, zoals onder meer beschreven door Joanna Aizenberg en collega’s. Men dacht dat die lenzen het opvallend licht focussen op lichtgevoelige cellen eronder; die cellen zouden daarop een signaal doorgeven aan zenuwvezels en zenuwcentra zouden uit die signalen een beeld van de omgeving samenstellen. Het hele dier zou in feite één samengesteld oog zijn.

De lenzen blijken er niet te zijn.

Waar kwam het idee vandaan? Zeeslangen hebben een inwendig skelet dat bestaat uit een sponsachtige, poreuze vorm van calciet (calciumcarbonaat). De calcietplaten die de armen verstevigen vormen aan de oppervlakte veel knobbels die halfrond en doorzichtig zijn. Net piepkleine lenzen, en daarvoor werden ze ook gehouden.
Maar Sumner-Rooney slaagde er nu in om te laten zien waar cellen met lichtgevoelige pigmenten zich bevinden. Ze vond er veel, maar nou net niet onder de microlenzen, waar het brandpunt zou moeten zijn. In plaats daarvan liggen de lichtgevoelige cellen tussen de veronderstelde lenzen in aan de oppervlakte, ingebed in de huid; ze zijn regelmatig over het hele lichaam verspreid. Ze vond ook bundels van zenuwvezels die naar deze cellen lopen, en geen zenuwvezels die eindigen onder de ‘lenzen’.

Kortom: de slangsterren hebben veel lichtgevoelige cellen aan de oppervlakte, maar de doorzichtige knobbels (de veronderstelde lenzen) staan daar los van; ze zijn overigens helemaal bedekt met huid, en dat pleit ook al niet voor een lensfunctie. Er zijn bovendien geen zenuwcentra die de signalen zouden kunnen verwerken. Met het uitgebreide netwerk van lichtgevoelige cellen kunnen de dieren slechts heel grof licht van donker onderscheiden. Net genoeg om een veilige plek te kunnen vinden.

Willy van Strien

Foto: Ophiocoma wendtii. © Lauren Sumner-Rooney

Bronnen:
Sumner-Rooney, L., I.A. Rahman, J.D. Sigwart & E. Ullrich-Lüter, 2018. Whole-body photoreceptor networks are independent of ‘lenses’ in brittle stars. Proceedings of the Royal Society B 285: 20172590. Doi: 10.1098/rspb.2017.2590
Aizenberg, J., A. Tkachenko, S. Weiner, L. Addadi & G. Hendler, 2001. Calcitic microlenses as part of the photoreceptor system in brittlestars. Nature 412: 819-822. Doi: 10.1038/35090573

Zwarter dan zwart

Veren van paradijsvogels houden vrijwel al het licht vast

Veel paradijsvogels hebben superzwarte veren

Veel paradijsvogels hebben schitterende kleuren. De helderheid ervan is deels een illusie die ontstaat door de donkere veren rondom de kleuren. Die zijn niet gewoon zwart, maar superzwart, laten Dakota McCoy en collega’s zien.

Paradijsvogels, die vooral voorkomen in Nieuw-Guinea, hebben hun naam niet voor niets. De vogelfamilie omvat veel soorten waarvan de mannetjes schitterende kleuren hebben, uitbundige versieringen dragen en spannende dansen uitvoeren. Met hun spectaculaire verschijning proberen ze vrouwtjes te verleiden.
Bij de balts spelen zwarte veren een belangrijke rol, schrijven Dakota McCoy en collega’s. De zwarte veren waarmee deze vogels pronken zijn namelijk niet gewoon zwart, maar superzwart: ze absorberen vrijwel al het licht – meer dan 99,5 procent – dat er op valt. Tegen die diepzwarte achtergrond komen blauwe en gele tinten feller over dan ze zijn; het lijkt alsof de kleuren licht geven. Zulk superzwart materiaal is uiterst zeldzaam in de natuur.

De onderzoekers laten zien dat het diepzwarte uiterlijk het gevolg is van de afwijkende oppervlaktestructuur die de kleinste onderdelen van de veren hebben. Een veer bestaat uit een schacht waarop vlaggen zijn ingeplant die weer zijn bezet met baardjes. Normaal gesproken zijn die baardjes glad, met alleen haakjes die in elkaar grijpen en de veer stevig maken. Ook de zwarte veren van bijvoorbeeld kraaien en raven hebben zulke gewone baardjes, net als de zwarte veren van paradijsvogels die geen rol spelen in hun show, zoals rugveren.
Maar de baardjes van superzwarte veren zijn anders. Ze hebben zeer rafelige, opgekrulde randen, waartussen zich diepe en grillige holten bevinden. Die structuur houdt vrijwel al het licht dat er op valt gevangen. Een normaal zwart oppervlak absorbeert 95 à 97 procent van het opvallende licht en kaatst de overige 3 à 5 procent terug. Maar in de microrimboe van rafels en holten van superzwarte veren stuit het licht keer op keer op obstakels die het verstrooien, en elke keer verdwijnt een deel van het licht in het materiaal, waar het wordt geabsorbeerd. Uiteindelijk kaatst nog geen halve procent van het licht terug, zodat de veren er superzwart uitzien voor wie voor zo’n mannetje staat – bijvoorbeeld een kieskeurig vrouwtje.

Willy van Strien

Foto: Baltsende man van Victoria’s geweervogel, Ptiloris victoriae. Francesco Veronesi (Wikimedia Commons, Creative Commons CC BY-SA 2.0)

Er zijn mooie filmbeelden van baltsende paradijsvogels te zien op YouTube: een filmpje van BBC Earth, nog een van BBC Earth, en een van Cornell University over de prachtgeweervogel.

Bron:
McCoy, D.E., T. Feo, T.A. Harvey & R.O. Prum, 2018. Structural absorption by barbule microstructures of super black bird of paradise feathers. Nature Communications 9:1. Doi: 10.1038/s41467-017-02088-w

Brandveilig

Bromelia met vlammend hart beschermt spin tegen vuur

Bromelia met vlammend hart beschermt springspin Psecas chapoda tegen vlammen

Een brand op de Braziliaanse cerrado is dodelijk voor veel dieren. Maar de springspin Psecas chapoda, die een bromelia bewoont, kan overleven, schrijven Paula de Omena en collega’s.

Springspin Psecas chapoda leeft op Bromelia balansaeDe op de grond groeiende plant Bromelia balansae en de springspin Psecas chapoda hebben het goed met elkaar getroffen. De spin leeft bijna uitsluitend op deze stekelige plant, die hem beschermt tegen roofvijanden. Volwassen spinnen jagen er, baltsen er en paren er en vrouwtjes leggen er hun eitjes; jonge spinnetjes groeien er op. Er kunnen twintig spinnen op één plant leven. Omgekeerd kan de plant wel zonder Psecas chapoda, maar hij profiteert van inwonende spinnen, want uit hun uitwerpselen haalt hij voedingsstoffen; de roofzuchtige spinnen beschermen hem bovendien tegen plantenetende beestjes.
Nu ontdekten Paula de Omena en collega’s voor de spin nog een extra voordeel aan deze mooie samenwerking: in de plant kan hij een brand overleven doordat de bladeren de hitte van de vlammen tegenhouden. Grappig, want plant is in het Engels bekend als ‘Heart of Flame’ (vlammend hart); hij kleurt namelijk rood van binnen als hij gaat bloeien.

De bromelia en de spin leven in delen van Zuid-Amerika, onder meer in de Braziliaanse cerrado: een savanneachtig gebied met bomen en struikgewas. In de maandenlange droge periode woeden daar vaak natuurlijke branden. De onderzoekers veronderstelden dat de spinnen tijdens zo’n verwoestende gebeurtenis beschutting vinden in de planten, en om na te gaan of dat klopt telden ze planten en spinnen in een klein en geïsoleerd stuk cerrado voor en na een brand.
Daags na de brand bleek dat de spinnenpopulatie een flinke tik had gehad. Het aantal spinnen was afgenomen, net als het aantal door spinnen bewoonde bromelia’s. Maar in het hart van een aantal planten troffen de onderzoekers inderdaad spinnen aan die de brand hadden doorstaan. Dankzij hun overleving herstelde de spinnenpopulatie zich in vijf maanden tijd.

Zonder beschutting zouden veel minder spinnen een brand overleven en zou het veel langer duren voordat de populatie daarna weer op peil zou zijn. De populatie zou nog klein en kwetsbaar zijn als er een nieuwe brand uitbreekt – zodat Psecas chapoda tenslotte helemaal zou verdwijnen. Dankzij de planten gebeurt dat niet.

Willy van Strien

Foto’s:
Groot: Bromelia balansae. João Medeiros (Wikimedia Commons, Creative Commons CC BY 2.0)
Klein: vrouwtje springspin Psecas chapoda op Bromelia balansae. ©Gustavo Q. Romero

Bronnen:
De Omena, P.M., M.F. Kersch-Beckr, P.A.P. Antiquera, T.N. Bernabé, S. Benavides-Gordillo, F. C. Recalde, C. Vieira, G.H. Migliorini & G.Q. Romero, 2017. Bromeliads provide shelter against fire to mutualistic spiders in a fire-prone landscape. Ecological Entomology, 20 december online. Doi: 10.1111/een.12497
Romero, G.Q., P. Mazzafera, J. Vasconcellos-Neto & P.C.O. Trivelin, 2006. Bromeliad-living spiders improve host plant nutrition and growth. Ecology 87: 803-808. Doi: 10.1890/0012-9658(2006)87[803:BSIHPN]2.0.CO;2