Jager of prooi? Je ziet het aan de pupil

Katten hebben spleetjes. Schapen hebben dwarse balken. En die van mensen zijn kogelrond. De pupil, een verstelbare opening die zorgt dat er genoeg licht op het netvlies valt. Maar waarom hebben dierenpupillen zo veel verschillende vormen? Een gat is toch een gat? Of zou de wereld er anders uitzien door een spleetje?

Martin Banks, hoogleraar optometrie, denkt van wel. Samen met zijn collega’s aan de University of California en van Durham University beet hij zich vast in het pupillenraadsel. De optici vergeleken de pupillen en leefwijzes van 214 dieren. Hun conclusie: dieren met verticale spleetpupillen zijn vaak jagers, dieren met horizontale balkpupillen wórden juist bejaagd (Science Advances, 7 augustus).

Dus: kun jij de pupillen van deze dieren onderscheiden? Doe de quiz

Waarom verschillen pupillen?

Veel biologen hebben zich het hoofd gebroken over de veelvormige pupil. Licht en donker hebben er mee te maken. Een kattenpupil bijvoorbeeld kan wel 135 keer groeien. Het is daardoor beter aangepast aan licht én donker: grote schotels in de duisternis, fijne spleetjes in de felle zon.

Maar volgens Banks is die lichtinval maar het halve verhaal. Het verklaart bijvoorbeeld niet waarom pupillen van roofdieren altijd verticaal gericht zijn en die van planteneters horizontaal. Of waarom sommige roofdieren die óók dag en nacht actief zijn, zoals tijgers, geen spleet-, maar cirkelpupillen hebben.

Banks en zijn collega’s zoeken het complete antwoord in de diepte. Er zijn drie manieren waarop dieren op korte afstand diepte waarnemen.

1. Links anders dan rechts

De eerste diepteaanwijzing kent iedereen: omdat onze twee ogen de wereld onder een net iets andere hoek bekijken, is het beeld op het linkernetvlies net even anders dan op het rechternetvlies. Uit dat subtiele verschil leiden onze hersenen diepte af. Knijp één oog dicht en de wereld lijkt een stuk platter.

2. Dichtbij anders dan ver

De tweede vorm van dieptewaarneming is bewegingsparallax. Wie beweegt, bijvoorbeeld in een auto of met zijn hoofd, ziet objecten in de voorgrond sneller bewegen dan in de verte. Dit is waarom duiven zich knikkend over straten en pleinen bewegen; zo kunnen zij diepte zien. De laatste vorm van dieptewaarneming is gebaseerd op scherptediepte. Op dit vlak maakt de spleetpupil het verschil.

Fotografen weten dat ze met een klein diafragma een scherp totaalbeeld verkrijgen. Een klein diafragma laat een smalle lichtkegel toe en geeft minder verstrooiing. Een groot diafragma geeft juist een kleinere scherptediepte. Het focusobject is scherp, maar voor en achter de focus is de omgeving wazig.

3. Horizontaal anders dan verticaal

Verschillend voor horizontale en verticale lijnen. Banks en zijn collega’s laten zien dat voor een smal en lang diafragma, zoals een spleetpupil, de scherptediepte verschilt voor horizontale en verticale lijnen. Verticale contouren, van een prooi, hebben een grote scherptediepte: ze zijn bijna altijd scherp. Maar de scherptediepte van horizontale contouren is klein. De grond vlak voor of achter het focusobject vervaagt. Dankzij die vervaging, kan het roofdier met spleetpupillen diepte tot zijn prooi bepalen en toeslaan.

 Het scherptediepte-effect is laag bij de grond het sterkst. Dat is waarom vooral kleine roofdieren zoals slangen, vossen en kleine katten spleetpupillen hebben. Dieren die hoog op hun poten staan hebben geen spleetpupil nodig. Grote katten, zoals tijgers en leeuwen, hebben vrijwel zonder uitzondering ronde pupillen.

Ook vogels kunnen zonder spleetpupillen, op de schaarbek na.  

Maar de bijzonderste spleetpupil is die van de gekko. Op zijn wijdst lijkt de gekkopupil op een kattenoog. Maar als de gekkopupil zich vernauwt, blijft een haarfijne spleet met drie tot vier openingen over. De gekko combineert de beelden uit deze aanvullende ‘pupillen’ om diepte te zien, zoals wij beelden uit onze twee ogen versmelten.

En prooidieren? Die laten zich niet weerloos beloeren. Ze kijken terug, door horizontale pupillen. Een horizontale pupil vermindert de waas in het horizontale vlak, zag het team van Banks in een computermodel van een schapenoog. Schapen en andere grazers hebben dus een scherpe blik op de directe omgeving – handig bij het vluchten. Omdat grazers hun ogen vaak aan weerszijden van de kop hebben, kunnen ze in weidse panoramablik naderende roofdieren spotten. En de horizontale richting van hun pupillen heeft een derde voordeel: het beperkt het strooilicht van boven dat anders in de pupil zou vallen.

Maar als een dier zijn hoofd buigt om te grazen, draaien de pupillen toch verticaal? Nee. Ze staan altijd waterpas met de horizon, ontdekte het team van Banks. Als een grazer zijn kop buigt voor een hap gras, rollen de ogen mee. Banks zag het in een dierentuin in Oakland bij schapen, gazelles, geiten en paarden.

Dat was een simpele vondst, maar wel een primeur. "Dat pupillen van krokodillen en konijnen meedraaien is eerder beschreven, maar wij konden geen onderzoek vinden waarin stond dat dit ook geldt voor dieren met horizontale pupillen”, zegt Banks. "Maar we willen niet beweren dat wij dit ontdekt hebben. Dit ligt zó voor de hand dat ik me haast niet kan voorstellen dat dit niet eerder gepubliceerd is.”