Eläinten näkökyky pimeässä on hämmästyttävän lähellä fysiikan asettamia ehdottomia rajoja
Sanna Koskela Helsingin yliopiston bio- ja ympäristötieteellisessä tiedekunnasta tutki väitöskirjassaan hämäränäön herkkyyttä kahdella eri selkärankaisella mallilajilla: sammakolla ja hiirellä. Koskela keskittyi erityisesti siihen, miten eläinten näkösuoritus käyttäytymisen tasolla lähestyy yksittäisten valohiukkasten ja biologisen kohinan asettamia ehdottomia fysikaalisia rajoja.
– Väitöskirjassani näytän kuinka hämmästyttävän lähelle fysiikan asettamia rajoja näkösuoritus voi päästä useassa eri käyttäytymistehtävässä. Suorituskyky riippuu kuitenkin kontekstista ja käyttäytymistehtävän merkityksestä eläimelle sekä aivojen sen hetkisestä tilasta, kuvailee Koskela.
Valo jakautuu yksittäisiin hiukkasiin, joita kutsutaan fotoneiksi ja esimerkiksi yötaivaan tähdistä tulee vain muutamia fotoneja silmän valoaistinsoluille. Hämäränäöstä vastaava valoaistinsolut eli sauvat kykenevät vastaamaan jopa yksittäisiin valon hiukkasiin ja me kykenemme aistimaan jopa muutamien valohiukkasten vasteet silmässä. Lisähaasteen hämäränäölle asettaa biologinen kohina, jota väistämättä syntyy kaikissa hermoston mekanismeissa, koska jokaiseen molekyyliin ja biologiseen prosessiin liittyy tietty määrä satunnaisvaihtelua.
Koskela selvitti sammakoiden värinäön herkkyyttä lähes pilkkopimeässä. Sammakkoeläimet ovat mielenkiintoisia koska niillä on muista selkärankaisista poiketen kahdenlaisia sauva-valoaistinsoluja hämäränäköön. Värinäköön tarvitaan vähintään kahdenlaisia valoaistinsoluja, jotka vastaavat eri valon aallonpituuksiin eli väreihin. Koskela osoitti, että sammakot pystyvät erottamaan värejä valaistuksessa, missä ihmiset eivät pysty. Lisäksi Koskela havaitsi, että sammakkoeläinten värinäön kynnysherkkyys riippuu käyttäytymistehtävästä – Koskela korostaa, että aistinvarainen erotuskyky riippuu myös evolutiivisista valinnoista ja eläimen käyttäytymistilasta.
Hämäränäön herkkyys voi olla erilainen yön ja päivän välillä
Silmässä on oma biologinen kello ja silmä myös välittää aivojen biologiselle kellolle tiedon valojaksoista. Onkin oletettu, että näönherkkyys voisi sopeutua ennakoivasti valtaviin valon intensiteetin muutoksiin yön ja päivän välillä. Koskela havaitsi, että yöllä hiiret todellakin erottivat hyvin heikkoja valoja pimeässä jopa kymmenen kertaa paremmin kuin päivällä.
– Yllätykseksemme tämä ei johtunut muutoksista silmän valoherkkyydessä, vaan parempi suorituskyky yöllä johtui sekä tehokkaammasta käyttäytymisstrategiasta että tarkemmasta näkötiedon käsittelystä aivoissa, sanoo Koskela. Näytimme lisäksi, että hiiret pystyvät hyödyntämään tehokkaampaa strategiaa myös päiväsaikaan, jos ovat ensin suorittaneet tehtävän yöllä.
Näkeminen vaatii sekä valojen että varjojen havaitsemista. Koskela määritti mikä on heikon mahdollinen varjo, jonka hiiri voi havaita heikossa taustavalossa. Tämä kysymys on jäänyt verrattain huomiotta, vaikkakin varjojen havaitseminen on evolutiivisesti tärkeä niin saaliseläinten kuin saaliiden havaitsemisessa. Koskela havaitsi, että hiiret pystyvät erottamaan hämmästyttävän himmeitä varjoja, joissa vain muutamat valohiukkaset puuttuvat satojen sauvasolujen joukossa suhteessa taustavaloon. Koskelan mukaan täydelliseen suorituskykyyn nähden valohiukkasia menetetään väistämättä kun silmän verkkokalvo pyydystää valohiukkasia, mutta aivojen käyttäytymistä ohjaava suorituskyky on tässä tehtävässä lähes täydellistä.
Koskela on tehnyt tutkimustyönsä Prof. Petri Ala-Laurilan ja Prof. Kristian Donnerin tutkimusryhmissä Helsingin yliopiston ja Aalto yliopiston muodostamassa tutkimusympäristössä.
Väitos:
FM Sanna Koskela väittelee 9.10.2020 kello 16 Helsingin yliopiston bio- ja ympäristötieteellisessä tiedekunnassa aiheesta "The limits of visual sensitivity and its circadian control". Väitöstilaisuus järjestetään osoitteessa Metsätalo, sali 1, Unioninkatu 40, Helsinki. Vastaväittäjänä on PhD, Chief of the Section on Light and Circadian Rhythms Samer Hattar, National Institute of Health, ja kustoksena on professori Juha Voipio.
Väitöskirja on myös elektroninen julkaisu ja luettavissa Heldassa.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Sanna Koskela, sanna.koskela@helsinki.fi, puh. 04007 61930
Linkit
Tietoja julkaisijasta

PL 3
00014 Helsingin yliopisto
02941 22622 (mediapalvelu) 02941 911 (vaihde) (vaihde)https://www.helsinki.fi/fi/yliopisto
Tiedottaja Eeva Karmitsa, eeva.karmitsa@helsinki.fi, Helsingin yliopisto, puh. 0294158461
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Helsingin yliopisto
Kaksoisvalohoito vähentää ikenien verenvuotoa ja tulehdusta hammasimplanttien ympärillä1.7.2025 09:59:32 EEST | Tiedote
Kaksoisvalohoito (Lumoral) tarjoaa kotikäyttöön turvallisen ja tehokkaan vaihtoehdon implanttien ympäristön tulehduksen hallintaan ilman antibiootteja.
Tutut maatalousympäristön linnut vähenevät, eteläiset yleislajit runsastuvat30.6.2025 08:00:00 EEST | Tiedote
Moni tuttu lintulaji harvinaistuu entisestään. Varpusia ja kuoveja on nyt vähemmän kuin koskaan aiemmin. Toisaalta monien eteläisten lajien voittokulku jatkuu. Mustarastaita ja peukaloisia esiintyy ennätysmäisen runsaasti.
Panimoteollisuuden sivuvirroista terveellisiä elintarvikkeita27.6.2025 13:02:54 EEST | Tiedote
Helsingin yliopiston tutkijat ovat keksineet innovatiivisen ja kestävän tavan hyödyntää mäskiä ja muita panimoteollisuuden sivutuotteita muokkaamalla niistä hyödyllisiä elintarvikkeita.
Mielenterveyden häiriöt koskettavat valtaosaa suomalaisista26.6.2025 08:30:00 EEST | Tiedote
Arviolta 77 % naisista ja 70 % miehistä saa elämänsä aikana jonkin mielenterveyden, käyttäytymisen tai neurokehityksen häiriön diagnoosin. Yleisimmät häiriöt ovat ahdistuneisuus- ja mielialahäiriöt. Miehillä häiriö todetaan useimmiten ensimmäisen kerran jo 6-vuotiaana.
Maahanmuuttajataustaisilla pojilla suurempi riski masennus- ja ahdistusoireiluun – koululla on tärkeä rooli heidän tukemisessaan26.6.2025 08:00:00 EEST | Tiedote
Maahanmuuttajataustaiset lapset ja nuoret raportoivat useammin masennus- ja ahdistusoireita. Oireilta suojaavissa tekijöissä korostuu koulun ja läheisten ihmissuhteiden rooli nuoren elämässä.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme