Science Friday

Dit verhaal maakt deel uit van ons zomerse Book Club-gesprek over het boek ‘The Genius of Birds’ van Jennifer Ackerman.’ Wil je meedoen? Meld je aan voor onze nieuwsbrief of stuur ons je gedachten op de SciFri VoxPop-app.

Op het eerste gezicht lijkt het verenkleed van de beryl-spangled tanager misschien een subtiel bleek blauw. Maar vanuit een andere hoek gezien, glinstert de Zuid-Amerikaanse zangvogel in een elektrisch turkoois met gouden glinsteringen. Dit kleurveranderingsverschijnsel staat bekend als iriscentie.

“Ik heb veel echt mooie vogels gezien in prachtige beelden, maar ik realiseerde me dat je met foto’s dit echt heel griezelige fenomeen mist,” zegt Joshua Medina, een 3D-kunstenaar en gespecialiseerd in digitalisering aan het Moore Lab of Zoology aan het Occidental College in Los Angeles. “En dat is iets wat je alleen kunt nabootsen in een driedimensionaal model.”

Het Moore Lab is een schat van meer dan 65.000 vogelspecimens, voornamelijk verzameld in Mexico en Zuid-Amerika van 1933 tot 1955. Als technisch kunstenaar ontwikkelt Medina 3D-modellen zodat mensen de kleuren, patronen en lastige visuele aanwijzingen in het verenkleed van vogels kunnen zien, wat moeilijk te visualiseren kan zijn voor studie.

“Het is alsof je het preparaat recht voor je hebt,” zegt John McCormack, directeur en conservator van vogels en zoogdieren in het Moore Lab. “Je kunt de vogel van dichtbij bekijken, nog gedetailleerder dan wanneer je hem met het blote oog zou bekijken.”

Medina gebruikt een 3D-techniek die fotogrammetrie wordt genoemd. Zijn eerste opstelling als student was in zijn studentenhuis, waar hij een draaitafel gebruikte met een opgezet vogelexemplaar en een aantal bureaulampen. (“Mensen die binnenkwamen, vonden het er vast heel griezelig uitzien.”) Door de tafel handmatig te ‘DJ-en’, nam hij honderden digitale foto’s vanuit verschillende hoeken terwijl de vogel ronddraaide. Sindsdien heeft hij het DJ-en en de slaapzaal achter zich gelaten en is hij overgestapt op een volledig geautomatiseerde draaitafel die de vogel met elke klik van de camera ronddraait. Een enkel model kan bestaan uit maximaal 288 foto’s vanuit drie verschillende hoeken, verwerkt door zelfgemaakte open-source programma’s.

“Het is behoorlijk wild,” zegt McCormack. “Je kunt dat 3D-model in wezen uitpakken en platdrukken in een vierkant dat in feite elk stukje pixelgrootte van het hele model bevat.” Een onderzoeker kan dan elke kleur van een vogelexemplaar extraheren en analyseren, wat nuttig kan zijn bij het traceren van de evolutie van verenkleedkleuren bij verschillende vogelsoorten.

Vogels hebben om veel verschillende redenen een kleur. Zo kan een rood, gevlekt bruin verenkleed een vogel camoufleren voor roofdieren, terwijl een lichter gekleurd verenkleed de vogels kan helpen afkoelen. Flamboyante kleuren, zoals het iriserende verenkleed op de kelen van kolibries, kunnen een opzichtige reclame voor partners zijn.

“Dit zijn soms ongelooflijk ingewikkelde displays met allerlei kleuren en patronen die een vrouwtjesvogel normaal gesproken ziet en verwerkt en beslissingen neemt over de paring,” zegt McCormack. “

Visie is het belangrijkste zintuig van een vogel, legt McCormack uit, en om grote hoeveelheden visuele informatie te verwerken, hebben vogels grote optische kwabben.

“Zo’n 20 jaar geleden werd bekend dat vogels anders zien dan wij,” zegt Allison Shultz, assistent-conservator ornithologie in het Natural History Museum of Los Angeles County, die momenteel het verenkleed van tanagers bestudeert. “Ze hebben een soort verbeterd zicht vergeleken met ons.”

Om kleuren te verwerken, hebben mensen drie soorten kegeltjes in hun ogen, legt Shultz uit, of fotoreceptoren die gevoelig zijn voor rood, groen en blauw. Maar vogels hebben vier kegeltjes – het vierde kegeltje breidt hun zicht uit tot buiten ons visuele spectrum. Terwijl mensen kleuren zien in golflengtes van 400 tot 700 nanometer, duiken vogels in een deel van het ultraviolette spectrum, waar ze 300 tot 700 nanometer zien.

“Vogels kunnen sommige ultraviolette kleuren zien die wij niet eens kunnen beschrijven,” zegt McCormack. “We weten niet eens wat die kleuren zijn. Wij hebben er geen woorden voor omdat wij ze nooit zullen zien, maar vogels zien ze wel.”

Vogels hebben niet alleen meer soorten kegeltjes dan mensen, maar hun kegeltjescellen zijn ook nauwkeurige kleurenfilters. Elk van hen heeft kleine oliedruppeltjes die de hoeveelheid licht beperken die elke afzonderlijke kegel raakt, waardoor vogels verschillen tussen gelijksoortige kleuren kunnen onderscheiden die voor het menselijk oog onopgemerkt blijven, aldus Shultz.

Tanagers, een familie van soorten die in heel Midden- en Zuid-Amerika leven, bijvoorbeeld, bestrijken bijna het hele kleurenspectrum dat bij vogels wordt gezien, zegt Shultz. Onderzoekers dachten oorspronkelijk dat 50% van de ongeveer 370 soorten dichromatisch waren, waarbij mannetjes en vrouwtjes verschillende kleuren verenkleed hebben. Maar toen Shultz en haar collega Kevin Burns de kleuren van een vogelzichtmodel maten, schatten ze dat de tanagers in feite 93% dichromatisch zijn.

“Er is veel variatie die we met onze ogen missen,” zegt Shultz.

Shultz en McCormack zijn manieren aan het bedenken waarop onderzoekers kunnen zien wat vogels zien. De huidige technieken vereisen een reflectiespectrofotometer, een apparaat dat gebruik maakt van een glasvezelsonde die pulsen xenonlicht – licht dat het hele spectrum bestrijkt – op een voorwerp afvuurt. Het teruggekaatste licht vertelt de onderzoekers welke kleuren aanwezig zijn in het verenkleed van een vogel, met inbegrip van kenmerken van de vogel die alleen zichtbaar zijn in het ultraviolette spectrum. “De reflectiespectrofotometrie is geweldig. We kunnen dan het model van het vogelgezicht toepassen op die gegevens, maar het zijn echt punten op een vogel,” zegt Shultz – maar de puntprecieze vastlegging van de sonde mist grotere patches van patronen.

Daarom zijn Shultz, McCormack en Medina bezig om een UV-camera op te zetten. “Het is heel belangrijk dat we de techniek van het Moore Lab kunnen gebruiken met zowel een UV-camera als een digitale camera om ons een idee te geven van de patronen van een vogel in een 3D-ruimte”, zegt Shultz.

Huidig worden alle specimens van het Moore Lab online gecatalogiseerd, maar slechts een paar worden gefotografeerd en sommige waardevolle soorten kunnen niet uit het lab worden gehaald. Het team is het proces aan het stroomlijnen om de volledige collectie in 3D te digitaliseren, zodat onderzoekers over de hele wereld toegang hebben tot en kunnen werken met vogelspecimens. Mensen zullen niet alleen de kleur nauwkeurig kunnen analyseren, maar ze kunnen ook de textuur, transparantie en reflecterende oppervlakken onderzoeken, aldus Medina.

“Wat interessant is, is dat elk van deze lagen in de wetenschap en bij het digitaliseren meestal alleen als data wordt gepresenteerd,” zegt hij. “Maar ik denk dat wanneer je die gegevens visualiseert, het iets wordt dat veel tastbaarder artistiek en interessant is.”

Speciale dank aan Joshua Medina en het Moore Lab voor het delen en genereren van aanvullende 3D-visuals. Bekijk meer 3D vogelmodellen uit de Moore Lab collecties op Medina’s Sketchfab.