Spatial Vision in Birds: Anatomical investigation of spatial resolving power

Abstract

Avian eyes are big both in relative and absolute terms, thus the importance of vision to birds is obvious. Even

though the general eye plan is rather conservative throughout the group, there is a great variation in visual

capabilities. In this thesis I present four studies on different aspects of spatial vision in parrots, procellariiform

seabirds and birds of prey. In Paper I we studied retinal ganglion cell topography and anatomical spatial resolution

in two Australian parrots, budgerigar and Bourke’s parrot, inhabiting open terrain. Differently than expected, we

did not find a horizontal visual streak, an elongated area of increased ganglion cell density, which would be

predicted by the “terrain theory”. In addition, we found that anatomical spatial resolution based on ganglion cell

density is lower than behaviourally determined visual acuity. In Paper II, we compared spatial resolution and

optical sensitivity in two procellariiform seabirds with contrasting nesting and foraging strategies. As predicted,

the Leach’s storm-petrel had lower visual acuity than the Northern fulmar, however similar optical sensitivity at

the level of single rod photoreceptor. Additionally, both species had a well-pronounced horizontal visual streak

that supports the “terrain theory”. In Paper III, we studied the development of the visual and olfactory system in

the Leach’s storm-petrel juveniles. Our results indicated, that fine-tuning of retinal ganglion cell topography does

not happen early in development, and that the ganglion cell layer continues to mature throughout the nest period.

In addition, we found that two-weeks old juveniles lack basic phototactic and optokinetic reflexes. In Paper IV we

used transmission electron microscopy and immunohistochemistry to investigate the presence of double cones in

the foveae of the red kite, common buzzard, Eurasian sparrowhawk and peregrine falcon. The double cone-free

zones in the central fovea differed in size between species. We also found double cone-free zone in the temporal

fovea of the common buzzard and peregrine falcon, but not in the Eurasian sparrowhawk. In three species of

raptors, in which we studied opsin expression, we found violet and green sensitive cones in the central fovea, and

thus assume that raptors have all four types of single cones in the central fovea. These findings indicate, that single

cones, not double cones, mediate the high spatial resolution in the raptor fovea.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Fåglar har fascinerat människor i århundraden. Färgen på deras fjädrar, deras flyghöjd och deras förmåga att fånga små byten har skapat den allmänna uppfattningen att fåglar har en fantastisk syn. Föreställningen att fåglar har skarpare syn än människor är väletablerad hos jägare och fiskare och finns att hitta i litteraturen. Det finns emellertid tusentals fågelarter och deras synförmåga skiljer sig åt. Idag känner man endast till några få rovfåglar som kan se finare detaljer – spatial upplösning – än människor. I den här avhandlingens kappa ger jag en översikt av de teoretiska begränsningarna för spatial upplösning och hur denna egenskap kan mätas, och jag ger en bild av mångfalden av fågelögon och deras utveckling. Sammanlagt lägger jag fram fyra originalstudier om fåglars näthinna och spatiala upplösning.

I den första studien undersökte vi två papegojor, undulater och bourkesparakiter. Dessa papegojor lever i ett öppet landskap i centrala Australien och vi förväntade oss att de skulle ha ett brett lateralt område av skarp syn i näthinnan för att i detalj kunna övervaka händelser utmed horisonten. Det hade de emellertid inte. Vi upptäckte även att de har relativt låg anatomisk synskärpa som inte stämmer överens med uppskattningar av synskärpan från beteendestudier.

I den andra studien undersökte vi två petrellfåglar: klykstjärtad stormsvala och stormfågel. Den klykstjärtade stormsvalan är en mindre, kryptiskt färgad fågel som bygger bo i hålor och förlitar sig på luktsinnet för att hitta mat. Stormfågeln är en större och färgglad fågel som bygger bo i öppna landskap och är mindre beroende av luktsinnet för att hitta mat. Våra resultat visar att stormfågeln har skarpare syn som den kan använda för att hitta andra fåglar ute till havs. Dessutom hade båda arter näthinnor med breda lateral områden för skarp syn, vilket man kunde förvänta sig av fåglar som behöver upptäcka föremål utefter horisonten på ett öppet hav.

I den tredje artikeln studerade vi hur syn- och luktsystemen utvecklas i den klykstjärtade stormsvalans ungfåglar. Vi upptäckte att synen inte är färdigutvecklad hos två veckor gamla ungar och näthinnan fortsätter att utvecklas under hela tiden i boet. Vi visar även att ögonstorleken ökar lika mycket som luktbulberna från två veckors ålder till mogen ålder.

I den sista studien letade vi efter dubbeltappar i fovean hos fyra rovfåglar. Dubbeltappar antas vara de synceller som ger skarp syn och för denna funktion bör dubbeltappar vara rikligt representerade. Vi hittade emellertid inga dubbeltappar i den centrala regionen av foveorna. Däremot hittade vi lila- och grönkänsliga enkeltappar och antar att alla enkeltappar finns representerade i fovean hos rovfåglar. Således förmedlar enkelltappar, men inte dubbeltappar, hög spatial upplösning hos rovfåglar.

• author: Mitkus, Mindaugas
• supervisor: Almut Kelber
• opponent: Prof. Martin, Graham R., Centre for Ornithology, School of Biosciences, University of Birmingham, UK
• organization: Functional zoology; Lund Vision Group (research group)
• publishing date: 2015
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Zoology
• keywords: Raptors, Seabirds, Parrots, Birds, Double cones, Development, Retinal ganglion cells, Visual spatial resolution, Visual ecology, Vision
• pages: 122 pages
• defense location: Blue Hall, Ecology Building, Sölvegatan 37, Lund, Sweden
• defense date: 2015-10-09 13:15:00
• ISBN: 978-91-7623-466-2
• ISBN: 978-91-7623-467-9
• language: English
• LU publication?: yes
• id: a1f18fb1-12d5-4861-88df-f24bd53b058b (old id 7865188)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:18:13
• date last changed: 2020-10-13 13:46:47