Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Arne Liebau

Visual spectral sensitivity and adaptation in nocturnal treefrogs

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-104112

title (ger.)

Spektrale visuelle Sensitivität und Anpassung bei nachtaktiven Laubfröschen

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/liebaua_ws13.pdf

abstract (deutsch)

In dieser Studie werden untersucht am Beispiel des Rotaugenlaubfrosch (Agalychnis callidryas) zwei Faktoren auf mögliche Auswirkungen auf die spektrale Sensitivität des visuellen Systems bei nachtaktiven Fröschen. Als erstes wird überprüft, ob das hohe Signal-Rausch-Verhältnis innerhalb des visuellen Systems bei Fröschen, welches zu einer extremen visuellen Sensitivität führt, den Tieren eine breitere Nutzung der Sensitivitätsspektren ihrer Sehpigmente ermöglicht. Um zu testen, ob das visuelle Spektrum von A. callidryas verbreitert ist, wurde ein Verhaltensversuch durchgeführt, bei dem der Fangerfolg von acht adulten Individuen des Rotaugenlaubfroschs in einem Fütterungsversuch unter verschiedenen spektralen Lichtbedingen verglichen wurde. Es wurden fünf Bedingungen aus dem Bereich des sichtbaren Lichts (400 – 700 nm) und zwei aus dem nahen Infrarotbereich (875 nm, 940 nm) getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass der Rotaugenlaubfrosch in der Lage ist, Beute unter Infrarotbedingungen erfolgreich zu jagen. Dies ist die erste Beschreibung eines komplexen visuell gesteuerten natürlichen Verhaltens (hier: Beutefang bei Fröschen) bei einem terrestrischen Wirbeltier, welches unter reinem Infrarotlicht stattfinden kann. Die Ergebnisse deuten auf eine Verbreiterung des visuellen Spektrums von A. callidryas in den nahen Infrarotbereich, aufgrund einer ausgedehnten Nutzbarkeit der Absorptionsspektren der Stäbchensehpigmente, hin.

Als zweites wurde untersucht, ob die spektrale retinale Sensitivität des Rotaugenlaubfroschs aufgrund seiner streng nachtaktiven Lebensweise besondere Anpassungen erkennen lässt. Hierzu wurde die relative spektrale Sensitivität bei fünf adulten Individuen mittels Sehschwellenbestimmungen über den zu erwartenden Sehbereich des Frosches (350 – 700 nm) bestimmt. Die Sehschwellen wurden durch die Ableitung von Ganzfeld-Elektroretinogrammen (ERG) während der Stimulation mit nahezu monochromatischem Licht (T0,5 10 nm) ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die photopische Sensitivität von A. callidryas ihr Maximum bei 560 nm hat, während die skotopische Sensitivität ein Maximum bei 500 nm aufweist, womit die spektrale Anpassung von A. callidryas mit dem bekannten Muster der spektralen Sensitivität bei Fröschen übereinstimmt. Die spektrale Sensitivität des Rotaugenlaubfroschs ist also nicht in einer Weise verändert, die man als Anpassung an die Lichtbedingungen bei Nacht interpretieren könnte. Das Ergebnis bestätigt die Regel der spektral angepassten skotopischen Sensitivität bei terrestrischen Wirbeltieren an den Wellenlängenbereich um 500 nm.

abstract (englisch)

The aim of the study is to investigate two different impacts on the visual system of strictly nocturnal frogs, specifically the red-eyed tree frog (Agalychnis callidryas), which could have an influence on their visual spectral sensitivity. The first aim is to investigate the influence of the high signal-to-noise ratio in the visual system of frogs which results in extremely low absolute thresholds and hence should enable the frogs to use a broad range of the sensitivity spectrum of their visual pigments. To test whether the visual spectrum is broadened in A. callidryas, a behavioural experiment was conducted where the hunting success of eight adult individuals of this species was evaluated in a feeding paradigm where the frogs had to catch small crickets under different spectral light conditions. The seven tested illuminations included five conditions in the visible range (400 – 700 nm) and two in the near-infrared range (875 nm, 940 nm). The results show that the red-eyed tree frog is able to catch prey under pure infrared illumination which is the first description of a complex visually-guided natural behaviour in a terrestrial vertebrate (here: prey catching in frogs) that can be performed under infrared light. The data suggests a broadening of the visual spectrum of A. callidryas into the near-infrared range by an extended usability of the absorption spectrum of the visual pigments in the rods.

The second aim of the study is to investigate whether special adaptations of retinal spectral sensitivity exist in the red-eyed tree frog due to its strictly nocturnal life style. To reveal such an adaptation for night vision, the relative spectral sensitivity of five individuals was established by visual threshold determinations over the expected visual spectrum of the frog (350 – 700 nm). Visual thresholds were obtained by recording of full-field electroretinograms (ERG) under stimulation with nearly monochromatic light (T0,5 10 nm). Results show that the photopic sensitivity of A. callidryas is peaking around 560 nm whereas the scotopic sensitivity maximum is at about 500 nm which is in conformity with the common pattern in frogs. This leads to the conclusion that the spectral sensitivity of the red-eyed tree frog is not modified in a way which could be interpreted as an adaptation to the illuminating conditions at night. The data confirms the observation that, in terrestrial vertebrates, the scotopic sensitivity is spectrally adapted to the wavelength range around 500 nm.

keywords

Infrarot, Agalychnis callidryas, Sehpigment, Infrared, Agalychnis callidryas, Visual pigment

kb

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