Vliegende ogen: niet zo star als gedacht

Fruitvliegjes bewegen het netvlies om door hun omgeving te navigeren

Fruitvliegen kunnen hun vaste samengestelde netvlies bewegen om objecten visueel te volgen en obstakels te passeren. Dat ontdekten onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Biologische Intelligentie (in oprichting) en collega’s in de VS. De bewegingen van het netvlies gebeuren via twee kleine spieren in het oog van de vlieg en lijken erg op die in het menselijk oog. Helpt insecten duidelijk bewegende objecten te zien. Bewegingen kunnen hen ook informatie geven over de afstand tot nabije objecten.

Onze ogen zijn constant in beweging – zo nemen we onze omgeving zo scherp en volledig mogelijk waar. Insecten en vele andere geleedpotigen hebben echter starre samengestelde ogen die stevig aan het hoofd zijn bevestigd. Eerder werd aangenomen dat ze hun gezichtsveld alleen konden veranderen door hun hoofd te draaien of hun lichaam te bewegen. Een nieuwe studie toont echter aan dat deze veronderstelling moet worden gepreciseerd. “We ontdekten dat Drosophila een andere, totaal andere manier gebruikt om hun visuele input en hoofd- en lichaamsbewegingen aan te passen”, legt Lisa Fink van het Max Planck Instituut voor Biologische Intelligentie uit. Het grootste deel van het onderzoek werd uitgevoerd door de onderzoeksgroepleider van Lise Meitner in het laboratorium van Gaby Maimon aan de Rockefeller University in New York.

Lisa Fink wilde weten wat de functie is van kleine spieren bij dit soort fruitvliegjes Drosophila zwarte buik verbonden met het netvlies. Andere soorten vliegen hebben ook dergelijke spieren. De rol die ze spelen in het visuele proces was echter voorheen onbekend. Samen met haar collega’s heeft Lisa Fink nu kunnen aantonen dat spieren het netvlies onder de starre lenzen van samengestelde ogen kunnen bewegen. Op het netvlies wordt de omgeving in beeld gebracht en het invallende licht wordt omgezet in zenuwsignalen. Spierbewegingen veranderen het beeld van de omgeving zonder dat de vlieg zijn hoofd hoeft te bewegen. In het dagelijkse vliegen brengt dit vermogen veel voordelen met zich mee.

Het netvlies is constant in beweging

“We kunnen onze ogen heen en weer bewegen om bewegende objecten gefocust te houden – vliegen met hun vaste samengestelde ogen kunnen dat niet”, zegt Lisa Fink. “Het mobiele netvlies van fruitvliegjes is een ingenieus idee van de natuur om ondanks vaste ogen bewegingen te kunnen volgen.” De wetenschappers konden de bewegingen van het netvlies observeren toen ze fruitvliegjes een bewegend streeppatroon op het scherm lieten zien. Wanneer het gestreepte patroon links en rechts de kop van de vlieg kruiste, bewoog het netvlies synchroon met de beweging van de strook om het beeld te stabiliseren. Met onregelmatige tussenpozen sprong het netvlies terug naar zijn oorspronkelijke positie, zodat hernieuwde beweging mogelijk werd.

“Het principe van beeldstabilisatie lijkt sterk op de manier waarop het menselijk oog gebruikt – we hebben maar zes spieren nodig en we bewegen het hele oog. Het is opmerkelijk dat de evolutie vergelijkbare beeldstabilisatiestrategieën heeft voortgebracht in deze twee zeer verschillende soorten ogen”, zegt Lisa Fink.

Goed te voet – dankzij de netvliesspieren

Maar het mobiele netvlies speelt niet alleen een belangrijke rol bij de beeldstabilisatie. Zoals de onderzoekers konden aantonen, zijn ze ook nuttig voor beweging. Wanneer fruitvliegen tijdens het lopen een spleet in de grond tegenkomen, moeten ze beslissen of ze er direct boven klimmen of een omweg maken. Vliegen is misschien een andere optie, maar het kost meer energie. Om deze beslissing te nemen, moet de vlieg de afstand correct inschatten – hier is dus ruimtelijk zicht vereist.

Met behulp van een “loopwiel” dat speciaal is ontwikkeld voor fruitvliegen, konden de wetenschappers controleren of de beweging van het netvlies hen zou kunnen helpen de scheuren over te steken. Ze lieten fruitvliegjes rennen op een spinnewiel met kleine spleten terwijl ze de beweging van het netvlies observeerden. Zodra de vliegen de incisie bereiken, beweegt het netvlies van de ogen altijd naar elkaar toe – een belangrijk proces, getoond.

“We konden waarnemen dat vliegen met zwakke bewegingen van het netvlies de gaten in de impuls minder efficiënt oversteken”, legt Lisa Fink uit. “Als ze het netvlies niet goed kunnen bewegen, hebben fruitvliegen duidelijk moeite om scheuren in de grond goed te beoordelen.” Het blijkt dus dat netvliesbewegingen ook belangrijk zijn voor het ruimtelijk zicht.

Vervolgens willen Lisa Fink en haar team onderzoeken hoe vliegen zenuwsignalen verwerken die door het bewegende netvlies naar de hersenen worden gestuurd. De hersenen van de vlieg moeten onderscheiden of de visuele beweging het gevolg is van bewegingen van het netvlies of van daadwerkelijke bewegingen in de omgeving. De onderzoekers willen nu de betrokken neuronen gebruiken om te onderzoeken hoe de hersenen van de vlieg deze uitdaging aangingen. “We hopen de voordelen te leren die retinale bewegingen bieden voor de visuele waarneming van vliegen. Op deze manier kunnen we misschien ons eigen visuele proces beter begrijpen”, vat Lisa Fink samen.