Az érzékszervek anatómiáját és élettanát más kurzusok tárgyalják.

Tájékozódásra (tájékoztatásra) a fizikai világ jelenségeinek változása (változtatása): szinte végtelen lehetőség
Modalitás: csatorna
Nagy különbség fajok (ivarok) között abban, hogy mit, milyen mértékben hasznosítanak.
Érzékelés: mire képesek az érzékszervek (ingerület), mire képes a CNS (értékelés, szűrés)
Percepciós tér – subjective universe - Umwelt

Hang

Specializált hangérzékelés:
Ragadozó észlelése (éjszakai lepke, A1, A2 neuron)
Zsákmány észlelése (denevér echolokáció)
Párkeresés

Példák.

Denevér

Spallanzani (1729–1799): pap és fiziológus
Bekötötte a denevérek szemét: tudtak repülni
Füldugasz: belerepültek az akadályokba
Következtetés (1790): „A denevér látását jobban szolgálja a fül, mint a szem, legalábbis a tárgyak távolságának mérésében”
1938-ig nevettek rajta (Griffin szakdolgozatáig)

Ember vokalizációja: kb. 2 kHz
Ember hallása: 20 Hz – 20 kHz
Denevér vokalizációja: 10 kHz – 150 kHz

Szonár
Magas frekvenciájú ultrahang pulzusok
A kibocsátott és visszaverődött impulzusok megkülönböztetése a hangerő alapján
A kereső impulzus UTÁN az alacsony intenzitású hangra reagál (de csak akkor)
Hallgasd meg itt

Frekvencia moduláció (FM): nagy sávszélesség, pontos lokalizáció (fél mm)
Konstans frekvencia (CF): szűk sávszélesség, a préda sebességét is méri (Doppler eltolódás)
Egyetlen jel mindkét struktúrát tartalmazhatja

Nyomkövető neuronok: addig tüzelnek, amíg a kibocsátott impulzus és a visszhang közötti idő csökken
Bemérő neuronok: meghatározott időeltolódásra reagálnak
Rövid eltolódás neuron: közeli objektum
Hosszú eltolódású neuron: távoli objektum

Sikeres stratégia: az emlős fajok
1/5-e denevér (kb. 1100 faj!)
Nagy változatosság: kb. 300 faj az orrából adja a hangot
Zhuang és Müller (2006) PhysRevLett abstract, ismertető cikk
3D PC szimuláció. A struktúra modulálja a hangot.

Echolokáció más fajoknál

A cetek többsége (ismertető). A gyilkos bálnákat megzavarja a haditengerészet szonárja (video)
Néhány éjszakai, illetve barlanglakó madárfaj (sarlósfecskék, szuszók) (az echolokáció evolúciójáról ld. Price et al. 2004. J. Avian Biol. pdf)
Néhány cickány

Szeizmikus hullámok

Egy vak földikutyafajnál (Spalax ehrenbergi) kimutatták, hogy az általa gerjesztett szeizmikus hullámok alapján tájékozódik (Kimchi et al. 2004 pdf)

Kommunikáció hanggal

Példa: Porichthys notatus: nagyon hangos, kb. 1 percen át, éjszaka, tavasszal és nyáron
Nőstényeket vonzza (ösztradiol injekció növeli a nőstények érzékenységét).
Hogyan állítja elő?
Az úszóhólyag két oldalán lévő izmok ritmikus mozgatásával (CPG)

Kétféle hím létezik:

• 1. típus: fejlett szonikus izomzat, 20-60 percen át képes 60-100 Hz-es zümmögésre.
• 2. típus: fejletlen hangadó szerv, úgy vokalizál, mint a nőstények (besurranó hímek).

Forbes et al. (2006) CT és MR felvételeket készített a kétféle hím szonikus izmáról (abstract). A kép az 1. típusú hím szonikus izmát ábrázolja.

Parazita keresi a gazdáját

Ormia légy hím tücsökbe helyezi a petéit.
Hallószerv a tor két oldalán
Szexuális dimorfizmus: a nőstény légy hallása a hím tücsök énekére van hangolva
Több száz méterről érzékeli.

Szaglás

Receptorok: 7TM (7 transzmembrán domén receptor), G proteint aktiváló (G protein-coupled receptors (GPCR) guanine nucleotide-binding
class A rhodopsin-likegéncsalád

Működés: laza specificitás, többféle molekulát köthet, egy molekula többféle receptorhoz kötődhet.
Mintázat végtelen (új molekulát is megtanul)
Kötődés, konformáció, G fehérje konformáció, adeniláz cikláz aktiváció, ATP -> cAMP -> depolarizáció

Drosophila: 60 Or gén, két helyenantenna és maxilláris dudor

Ray et al. (2008)PLOS Biol. pdf
(ontogenetikus szabályozás)

A maxilláris dudor neuronjainakérzékenysége különbözőteszt szagokra
Ábrát ld. itt
Világos oszlopok „A” sejt
Sötét oszlopok „B” sejt
OR: olfactory receptor

A mintázat alapján sokféle illatkombinációt meg tud különböztetni

Gerincesek: kb. 1000 olfaktorikus receptor (OR) gén
Emberszabásúak: kevesebb funkcionális gén, mint egérben. Emberben még kevesebb, kb. 400 működik, 600 pszeudogén (Gilad et al. 2003. pdf).
A legújabb, az összes OR génre kiterjedő vizsgálatok szerint emberben és csimpánzban hasonló a pszeudogének aránya (Go és Niimura 2008. abstract).
A kevésbé érzékeny szagláshoz kevesebb agykéreg szükséges: rovarevők: a neocortex 60%-afőemlősök: 1-4%

Emlősök: fő szaglórendszer: levegőben
vomeronazális rendszer: folyadékban (Flehmen=pipálás)

Tapintás

speciális képlet: Eimer-szerv

A) Parti vakond (Scapanus orarius): hatalmas ásó lábak, pici szem, nincs fülkagyló
B) Pásztázó EM felvétel az orráról, amelyet Eimer-szervek borítanak
C) Csillagorrú vakond (Condylura cristata) rhinariuma, 12 nyúlvánnyal
D) Eimer-szervek a nyúlványokon
(Marasco et al. 2006. PNAS pdf)

E és F: Eimer szerv sematikus képe (CC-FNE: szabad idegvégződések)

11 pár rhinarium, a 11. van a szája alatt.

Ez a legérzékenyebb, és ennek a legnagyobb a kérgi reprezentációja

(Catania és Kaas, 1997. abstract)

Sivatagi vakondpatkány (Heterocephalus glaber)

Föld alatt él. Teste csupasz, szeme visszafejlődött, fülkagylója nincs, bajusza van. Mit és mivel érzékel?

Homunkulusz (pontosabban ratunkulusz :-)
Az egyes testtájak reprezentációjának aránya a szomatoszenzoros kéregben.

Catania és Remple (2002) PNAS pdf

Catania honlapja

Elektromos erőtér érzékelése

Több halfaj, kacsacsőrű emlős (ld. itt)
Oldalvonal
Elektromos angolna feszültséget hoz létre a fej és farok között.
Az erőtér változást érzékeli
Másként reagál:
Élettelen, rosszul vezető tárgyra (zöld).
Élő, jól vezető állatra (piros)

Geomágneses erőtér érzékelése

Lohmann és mtsai (2004. pdf)befogtak fiatal teknősöket (Lohmann labor honlapja)
Teknősökre pórázt tettek (videó). A medence körüli erőtér manipulálható

Látás

A varangy giliszta detektora

Orientáció
Előrehajlás
Binokuláris fixáció
Nyelvöltés
Nyelés
Szájtisztítás

Ragadozó: Lelapul

Honnan tudja? Méret, alak

Ewert (review abstract): körbe mozgatott stimulusokat
A: különböző hosszúságú (2,5 - 40 mm)
B: különböző magasságú (2,5 - 40 mm)
C: hossza és magassága is változott

Mérte a varangy fordulatát (nincs szakkadikus szemmozgás, ami nem mozog, azt nem látja), és mérte neuronok aktivitását a retinában (R), tectumban (T) és a pretectális-thalamikus áreában (TH)

A hosszú, gilisztaszerű stimulustól agyáltalán nem menekültek, és a hosszal arányosan növekedett a zsákmányolási aktivitás. A nagyméretű négyzet emenkülést váltott ki.

Színlátás

Főemlősök (ember) látása trikromatikus
Legtöbb emlős és rovar bikromatikus
Méhek, darazsak: trikromatus, érzékelik az UV tartományt

UV tartományban sok növény virágja leszállópályát jelez a beporzó rovaroknak. Gyönyörű képek itt

Uv reflektancia és hölgyválasz (Johnsen et al. 1998. pdf)
Terepi vizsgálatban a kezelt hímek begyfoltjára napolajat + fartőmirigy váladékot kentek. A kontrolok csak fartőmirigyváladékot kaptak.

A) a csökkentett reflektancia (kék oszlop) késleltette a párbaállást és
B) és a páron kívüli kopuláció esélyét.

A kutatócsoport letölthető publikációi itt

Fluoreszcencia

Michiels et al. (2008) BMC Ecology (szöveg + videók)
A tengerben 10 m mélységbe nem jut le vörös fény (600 nm).
32 halfajban mutattak ki vörös fluoreszcenciát (guanin kristályok).
Szerep: kommunikációban?

Érdekes:

• Frogs flee from the sound of fire html