MULTIFOCAL SPHERICAL FISH LENSES

Popular Abstract in Swedish
Syn är avgörande för många djurs överlevnad. En väldigt viktig del av ögat är linsen då ljuset fokuseras genom den. I denna studie har jag undersökt hur fisklinser fokuserar ljus. Valet av fiskar som försöksdjur berodde på att de är lätta att skaffa och deras linser är klotformade, vilket underlättar beräkningen av strålgången och linsens optiska egenskaper.
Hos fiskar innehåller linserna genomskinliga proteiner, krystalliner. Proteinhalten bestämmer brytningsindexen som i sin tur påverkar hur ljuset bryts. En lins med hög proteinhalt har en hög brytningsindex och bryter ljuset mer än vad en lins med låg brytningsindex gör. De klotformade fisklinser kräver en brytningsindex gradient för att fungera bra. Det innebär att proteinhalten ökar från linsens periferi
till dess centrum. Ett materials brytningsindex beror inte bara på dess proteinhalt utan också på ljusets våglängd som passerar genom matrialet (de olika ljusvåglängder uppfattas av människor som färger). Detta beroendeförhållande kallas för dispersion. Det innebär att olika våglängder bryts annorlunda genom en och samma lins; medan vissa våglängder fokuseras rätt kommer andra att bli ofokuserade.
I vissa fisklinser är detta problem löst genom att linsen har ett antal delar där varje del ansvarar för att fokusera en våglängdsintervall (motsvarar färg). En sådan lins kallas för multifokal på grund av att varje del av linsen fokuserar ljus av samma våglängd vid olika avstånd från linsen. Proteinhaltsgradienten justeras av cellerna i linsen. Linsen består av så kallade fiberceller. Dessa smala celler är avlånga och sträcker sig från en linspol till den andra. Cellerna vid linsens periferi innehåller cellorganeller (till exempel cellkärnan) som sköter ämnesomsättningen och funktionaliteten i cellerna. För att förminska ljusspridning, som annars skulle försämra linsoptiken, saknar resten av linscellerna inre organeller (detta sker vid 95% av linsens radius och inåt). Det visar sig att proteinhaltsgradienten börjar bara där cellorganellerna slutar. Proteinhaltsgradienten avsaknas alltså i linsens periferi. Detta sammanträffande indikerar att proteinhalten måste hållas vid en viss nivå där cellerna fortfarande har fungerande organeller (Papper I). Fiskar som har vant sig vid mörker visar sig kunna anpassa linsens brytningsindex gradient till den låga ljusnivån på ett par timmar. Fiskar som uppföds under olika artificiella ljusmiljöer ändrar sina linser inom några månader. Jag ville se om de naturliga ljusskillnaderna som finns mellan Röda havet och Medelhavet
också påverkar linsernas anpassning. Jag hittade att hos kaninfisken, Siganus rivulatus, som förekommer i båda haven, har linserna från Medelhavets fiskar en kortare fokallängd än Röda havets population (avståndet mellan linsen och där ljuset fokuseras är kortare i dessa linser). Detta visar sig vara en anpassning till det relativt mörkare och färgade vattnet som finns i Medelhavet då sådana linser hjälper fisken se bättre i denna miljö (Papper II).
För att bättre förstå dispersion hos fisklinser utforskade jag brytningsindexens beroendeförhållande av våglängd. Jag anpassade en matematisk modell som beskrev fisklinsers dispersion. Denna modell beskrev den experimentella datan noggrant när den testades mot två helt olika datasatser. Den ena datasats var brytningsindexvärden från ögon som tillhörde ett stort antal olika ryggradsdjur. Den andra datasatsen beskrev hur fisklinser fokuserar laserstrålar av olika våglängder (Papper III).
Genom att använda kunskapen om linsernas brytningsindexgradient och dispersionmodellen (Papper I & III), beskrev jag hur pass bra fiskarnas lösning på dispersion fungerade. Fiskarnas multifokala linser skapade skarpa färgbilder som var välanpassade till fiskarnas levnadssätt (Papper IV).