Podľa N. Tinbergena existujú celkom 4 otázky, ktorými sa odpovedá na základné “PREČO” v biológii:

1. Zodpovedanie funkcie, napr. ako vplýva selekcia koristi u škorcov (Sturnus vulgaris) na prežitie dospelých vtákov a ich mláďat?

2. Zodpovedanie kauzality (príčinnosti), napr. prečo si škorec pri hľadaní potravy zvolil práve dané miesto alebo konkrétnu korisť? Môže to súvisieť s početnosťou (abundanciou) koristi, druhom vegetácie a/alebo pôdy či aktivitou ostatných vtákov.

3. Zodpovedanie vývinu. Ako sa správanie mení v závislosti od ontogenézy?

4. Zodpovedanie evolučnej histórie, konkrétne ako sa vyvinulo súčasné sprá-vanie sledovaného škorca z jeho predkov? Táto otázka môže zahŕňať aké postavenie má hniezdna rodinka škorcov v konkrétnej ekologickej nike a ako konkurencia iných vtáčích druhov evolučne ovplyvnila správanie škorcov a ich morfológiu (napr. veľkosť zobáka, veľkosť tela, atď.).

Receptory a správanieVplyv prostrediaNa morfológiu, fyziológiu a správanie živočíchov vplýva predovšetkým prostre-die, v ktorom žijú. Napr. vo vode žijú ryby oveľa väčšej veľkosti a vo väčšej hustote v porovnaní s veľkosťou a hustotou vtákov vo vzduchu. Telo rýb má aerodynamickejší tvar, ale získavanie kyslíka z vody je zložitejšie, ako zo vzduchu. Uvedené rozdiely sú spôsobené odlišnými fyzikálnymi vlastnosťami vody a vzduchu. Tieto rozdiely však nespôsobujú iba rozdiely medzi živočíchmi v získavaní a spotrebe energie, ale aj v spôsobe získavania informácií o pohybe, detekcii a lokalizácii jedincov iného/vlastného druhu, atď.

Receptory živočíchov sa menia v závislosti od prostredia. Napr. ryby žijúce vo väčších hĺbkach majú tyčinky na sietnici citlivejšie na svetlo a u hlbinných druhov zrak stráca svoj pôvodný význam. Echolokačný systém netopierov tiež podlieha podmienkam prostredia. Zistilo sa, že výška frekvencie vysielaná netopiermi negatívne koreluje s výškou, v ktorej jednotlivé druhy lovia. Druhy loviace vo výškach, kde je nízka pravdepodobnosť interferencie s inými objektmi okrem koristi (lietajúceho hmyzu) lovia vysielaním nízkofrekvenčných signálov a naopak. Výnimkou je Megaderma lyra, ktorý však detekuje korisť na zemi priamo podľa zvukov koristi, nie echolokátorom.

Myotis sp.

Megaderma sp.

Hmyz, ktorý sa dorozumieva prostredníctvom zvukov sa riadi hustotou vegetácie a cudzích samcov. Ak sa napríklad experimentálne obmedzilo vydávanie zvukových signálov u rovnokrídlovcov, vyskytovali sa vo väčších hustotách, ako keď sa samce vzájomne počuli.

Tettigonia sp.

Nie vždy sa dajú receptory ľahko detekovať: navigačné schopnosti mravcovNa Sahare sa vyskytujú nápadné dlhonohé mravce Cataglyphis sp. loviace hmyz až vo vzdialenosti 200 m od hniezda. Pohybujú sa počas dňa a nezanechávajú žiadne pachové stopy. Ak boli robotnice premiestnené na cudzie miesto, okamžite sa doká-zali orientovať južným smerom. Ako sa dokážu bezpečne vrátiť do mraveniska?Na orientáciu používajú slnko a polarizované žiarenie.

Polarizované žiarenie vzniká rozptylom svetelných vĺn a odrazom od vodnej hladiny. Pretože smer polarizovaného svetla závisí od postavenia slnka, môžu niektoré živočíchy vnímať smer odraze-ného svetla, aj keď je jeho zdroj zakrytý (napr. zamračené).

Na sietnici majú Cataglyphis sp. dva druhy receptorov – na vnímanie UV žiarenia a zeleného spektra svetla. Pomocou svetelných filtrov sa zistilo, že vnímanie polarizovaného svetla pomocou UV receptorov umožňuje mravcom orientovať sa v prostredí.

K podobným záverom dospel vo svojich dnes už klasických pokusoch aj K. von Frisch so včelami (Apis melifera). Umiestnil kvet maku (Papaver sp.) pod filter odnímajúci všetky časti spektra okrem UV, a druhý kvet pod filter filtrujúci všetky časti spektra. Hoci sú pre človeka kvety pod obidvoma filtrami neviditeľné, včely navštevovali kvety s filtrom prepúšťajúcim UV žiarenie.

Pri vnímaní svetla zohráva najdôležitejšiu úlohu svetlocitlivá bunka, v ktorej membráne sa nachádza rodopsín. Táto látka pohlcuje svetlo, ktoré v rodopsíne vyvoláva chemické zmeny, ktoré vedú k podráždeniu. Svetlocitlivé bunky môžu byť rozptýlené po celom tele (Lumbricus sp.). Rozptýlené bunky síce neumožňujú dážďovkám vnímať tvar, presne však vedia, ktorá časť tela je osvetlená a ktorá nie. Z hľadiska spôsobu života dážďoviek v pôde je tento systém biologicky dostačujúci. Ďalší vývoj smeroval k nahromadeniu a izolácii svetlocitlivých buniek spodnou vrstvou pigmentu. Receptor je teda dráždený svetlom prichádzajúcim z opačnej strany ako je pigment, čo je základom smerového (bodového) videnia. S týmto videním sa stretávame u medúz.

Ďalším pokrokom sú oči niektorých mäkkýšov, u ktorých sú svetlocitlivé bunky zhromaždené v jamke alebo vačku. Konvergentne, rovnako ako u stavovcov sa u hlavonožcov vyvinulo oko s rohovkou a šošovkou (komorové oko), ktoré sústreďujú svetelné lúče na mieste zhluku svetlocitlivých buniek – na sietnici. Na sietnici vzniká prevrátený obraz, podobne ako vo fotoaparáte. Signály so svetlocitlivými bunkami vedie očný nerv do mozgu, ktorým prechádza viac ako pol milióna nervových vlákien. V mozgových centrách sa tieto informácie spájajú a vzniká obrazové videnie. Svet teda vnímame zrakom, ale „vidíme mozgom“.

U človeka je v mieste najostrejšieho videnia na 1mm2 okolo 160.000 svetlocitlivých buniek, u myšiaka (Buteo sp.) viac ako 1 milión. Človek je schopný vidieť oddelene dva body, ktoré sú od seba vzdialené v uhle ½ minúty (1/120 stupňa). Myšiak, hoci má oči oveľa menšie, rozlíši od seba body vzdialené len ¼ minúty (1/240 stupňa).

Táto rozlišovacia schopnosť dravcov má adaptívny význam z hľadiska spôsobu vyhľadávania potravy. Malé sokoly vidia vážku na vzdialenosť 800m, človek ju nezaregistruje ani na 100m. Najnovšie sa zistilo, že dravce rozlišujú aj UV žiarenie, podľa ktorého sú schopné lokalizovať korisť (hlodavce) podľa jej moču.

Porovnanie pachových stôp hrabošov pod UV svetlom (vľavo) a bez neho (vpravo).

Rôzne dravce sú schopné vnímať pachové stopy hlodavcov. UV filtrami sa zistilo že preferujú miesta s pachovými stopami (ale vidia ich v UV svetle), pričom samotný pach na dravcov nemá vplyv. Zaujímavé je, že moč samcov odráža UV viac ako moč samíc a mláďat a stávajú sa obeťami dravcov častejšie. Príčiny nie sú celkom známe.

Vitala et al. 1995: Nature, 373: 425-427

Komorové oko sa považuje za „najnovší evolučný model“, má ho však iba 5% všetkých živočíchov. Až 77% živočíchov (najmä hmyz) má zložené oko z omatídií. Každé „očko“ je tvorené jednoduchou sietnicou a šošovkou. Keďže každé omatídium je dráždené samostatným zväzkom lúčov, všetky sú usporiadané pod iným uhlom.U vážok slúžia spodné omatídiá na videnie zblízka, vrchné na diaľku.

Celý videný obraz sa rozkladá na drobné plôšky, preto hovoríme o mozaikovom videní. Zložené oko je nepohyblivé a má slabšiu ostrosť videnia ako komorové. Na rozdiel od komorového oka však má zložené oko oveľa väčší zorný uhol. Na to, aby si včela všimla nejaký objekt, musí byť (objekt) 100x väčší ako u človeka, ale zároveň je včela schopná vnímať kvet zo vzdialenosti 1cm, čo človek bez lupy nedokáže. Oko človeka nie je schopné vnímať viac ako 15 – 20 obrazov za sekundu (na tejto báze pracuje film, kde sa strieda 20 – 24 nepohyblivých obrazov / 1sek.). Niektoré vtáky, pes a mačka však vnímajú 30 – 40 obrazov / 1sek. Rekordmanmi v tejto oblasti sú však živočíchy so zloženými očami: rýchlo lietajúci hmyz (včely, čmeliaky, vážky, muchy) rozlišujú 250 – 300 obrazov / 1sek.

Krútňavec Gyrinus sp.

Krútňavce (Gyrinidae) majú ½ oka prispôsobenú na videnie pod hladinou, druhá polovica sleduje obraz nad hladinou.

Hoci majú včely iba 1/80 zrakovej ostrosti človeka, dokážu vynikajúco vnímať pohyblivé predmety a rozlišovať hrubé obrysy jednotlivých tvarov, napr. kruh od elipsy alebo štvorec od trojuholníka.Farebné videnie má väčšina vtákov, plazov, obojživelníkov, rýb a hmyz. Infračervené žiarenie (druh tepelného žiarenia) sú schopné vnímať štrkáče. Nervové bunky citlivé na infra žiarenie sú umiestnené pod očami štrkáčov a im príbuzných hadov. Ich počet sa uvádza cca. 3500 na plochu 3 – 4mm2, t.j. 100x viac, ako má človek. Vďaka nim je schopný štrkáč bez pomoci zraku a čuchu lokalizovať korisť. Pri pokusoch reagovali štrkáče na ½ metra na pohár vody len o niečo teplejší ako teplota prostredia (rozlíšia 0,003 stupňa).

Crotalus viridis

Podobné teplotné orgány majú aj tabony inkubujúce vajcia v kopách tlejúceho materiálu.

Citlivosť hmatu u človeka závisí od miesta na tele. Najcitlivejšie sú bunky tváre, ktoré vnímajú 2mg, prsty na rukách až 5mg. Hmatové telieska sú na ľudskom tele rozložené nerovnomerne. Špička jazyka dokáže presne vnímať vpichy ihly vzdialené 1mm. Táto citlivosť zrejme súvisí so spôsobom, akým sa cicavce zoznamujú so svojím prostredím (deti si pchajú nové predmety do úst), pery rozlíšia vzdialenosť 3mm, ale pokožka chrbta nedokáže rozoznať dve bodnutia vzdialené menej ako 6mm.

U iných cicavcov hrá dôležitú úlohu hmat v hmatových chlpoch. Napr. potkan sa pohybuje bludiskom celkom bezpečne aj so zalepenými očami, ušami, ale bez hmatových chlpov robí v bludisku zásadné chyby.

Statocysty sú mechúriky obsahujúce minerálne látky, ktoré tlakom na zmyslové brvy informujú živočíchy o polohe tela. Do dejín vstúpil svetoznámy pokus A. Kreidla, ktorý choval raky na železných pilinách a po zvlečení ich magnetom mohol donútiť chodiť po chrbte.