Применения ик-фотографии в зоологии

Большинство статей в литературе посвящено нрименению инфракрасной черно-белой фотографии. Однако начиная с 1965 г, было выполнено несколько работ по инфракрасной цветной фотографии биологических объектов [6. ЮЗ]1, и теперь этот метод занимает видное место.

Исследования в ветеринарии и некоторые фазы фотографирования лабораторных животных требуют использования методов медицинской инфракрасной фотографии, так как, если с животного удалить шерсть, его кожу или тело можно фотографировать, теми же методами инфракрасной фотографии, которые используются при фотографировании людей. Эти методы описаны в гл. 5„ Другие аспекты инфракрасной фотографии в зоологии будут обсуждаться ниже.

Бабель [6.5] указал на то, что инфракрасная фотография может стать полезной при выявлении присутствия небольших насекомых в местах их обитания, особенно когда возникает много трудностей, связанных с их защитной окраской. Гибсон (иллюстрации к работе [2.66]) обнаружил, что зеленые гусеницы бражника при съемках на цветную инфракрасную пленку воспроизводятся бледно-розовыми в контрасте с красными листьями. На черно-белых снимках они имеют тот же тон, что и листья. Митчел отметил, что ископаемая сепия (из A canthoteuthis sp., оксфордская глина) и пигмент современной сепии Sepia officinalis ведут себя так, как будто между их зарождением не прошло целой вечности, поскольку оба совсем не прозрачны для инфракрасного излучения. В результате этого открытия он постулировал, что отсутствие заметного инфракрасного поглощения черной кожей, наблюдаемое на черно-белых инфракрасных снимках, может иметь место в результате расеяния эпидермальными тканями около мелких частичек меланина. Он полагал, что изолированный меланин мог бы поглощать, как сепия, и отметил, что пигменты в мехе фотографируются темными, вероятно, потому, что рассеяние блокируется непрозрачностью корней волос. (Это спорная точка зрения; см. дискуссию в разд. 5.1.4.)

Было найдено, что черная кожа проявляет красный цвет меланина при инфракрасной цветной фотографии [6.103]. Это дает повод предположить, что из-за рассеяния во внешнем эпидермисе инфракрасное излучение пропускается, минуя меланин. Однако, когда этот пигмент плотно распределен и находится под толстым рассеивающим слоем, он выглядит темно-голубым на инфракрасной цветной фотографии и темным на черно-белой. Примерами являются выбритая щетина мужчин и меланофоры в глубоких складках кожи живой леопардовой лягушки и жабы Bufo boreas exsul (Миерс). Эти выводы подтверждаются тем, что обнаружил Митчелл. Он отметил, что темные пятна на лягушках и полосы на макрели выглядят темными при инфракрасном черно-белом фотографировании.

Массопуст [6.73]; показал, как инфракрасное излучение может проникать через амниотические мембраны для обнаружения деталей у плодов животных. Данные по пропусканию инфракрасного излучения другими органами животных были опубликованы в работах [6.104, 6.105, 6.137]!.

Массопуст в ряде случаев использовал смесь инфракрасного излучения и видимого света при излучении больших особей к микрофотографировании. Он также выполнил интересные снимки, используя комбинированную фотографию в инфракрасных и рентгеновских лучах [5.66]. У таких объектов, как бабочка к лягушка, у которых определенные виды расцветки поверхности и детали структуры не воспроизводятся при обычной радиографии из-за их высокой прозрачности, эти особенности можно выявить на инфракрасных фотографиях, выполненных с переосвещением. Если такая инфракрасная фотография выполняется одновременно с фотографией в рентгеновских лучах, то радиографическая структура и детали в прозрачной части могут воспроизводиться на одной пленке. Объект помещается на эмульсионной стороне пленки, которая лежит на дне обитого свинцом светонепроницаемого ящика. В верхней части этого ящика имеется окно, закрытое фильтром Kodak Wratten № 87, который не прозрачен для света, но достаточно прозрачен для инфракрасного и рентгеновского излучений. Экспонирование светом от электрической лампы, подвешенной над ящиком, позволяет фотографировать только в инфракрасных лучах. Если экспонирование производится одновременно инфракрасным и рентгеновским излучениями, то такая комбинированная фотография воспроизводит детали, обусловленные экспонированием обоими источниками.

По-видимому, очень схожие результаты получаются при радиографии с помощью очень мягкого рентгеновского излучения, иногда называемого гренц-лучами. Для этой работы требуются специальные аппараты, однако имеет смысл попробовать метод Массопуста в тех случаях, когда имеется лишь обычная радиографическая аппаратура.

Фотографирование в темноте

Возможность выполнения инфракрасных снимков в «темноте» открывает перспективы для трех основных видов исследований:

1) изучения поведения животного без влияния на него, связанного с присутствием камеры,

2) изучения поведения животного без искажения эксперимента под влиянием возмущения циклом свет — темнота и

3) изучения зрачка, при котором ответные реакции глаза можно зафиксировать без вмешательства со стороны фотографического источника света.

Все эти применения основаны на хорошо известном факте, что зрение млекопитающих не простирается в инфракрасную область (хотя ямкоголовые змеи имеют орган, чувствительный к инфракрасному излучению [5.29]). Гибсон [6.98] обнаружил, что тропические рыбы также не реагируют на инфракрасное излучение через слой воды толщиной 12 мм. Методика базировалась на реакции испытуемых рыб, когда они находились под сфокусированным лучом белого света при низком освещении окружающей обстановки. Когда луч направлялся под углом к вертикали, рыбы занимали такое положение относительно луча, что их обычно расположенная горизонтально интерокулярная плоскость становилась перпендикулярной лучу (рис. 6.10).

 

Рис. 6.10..Простой метод проверки чувствительности рыб к инфракрасному излучению. Рыба, находящаяся в верхней части, развернулась на луч от карманного фонаря, перед которым был помещен красный фильтр; рыба на дне находилась под обычным углом, так как была вне луча. Синхронизованная экспозиция от лампы-вспышки была сделана в слабом свете. При замене красного фильтра на инфракрасный нельзя было добиться ответной реакции, даже когда рыба находилась на расстоянии примерно 12 мм от поверхности. Киносъемку такого воздействия можно выполнять с отфильтрованным освещением и инфракрасной пленкой.

 

В тех случаях, когда между источником излучения и рыбами помещались цветные светофильтры, рыбы занимали такое же положение. Однако, когда помещался фильтр Kodak Wratten № 87, они не реагировали. Это указывает на то, что рыбы не ощущают инфракрасного излучения.

Были выполнены исследования по панхроматической фотографии с импульсными вспышками. Однако при использовании вспышек света никогда нельзя быть уверенным в том, что вспышка не причиняет беспокойства исследуемому объекту. В самом деле, поведение некоторых пауков становится очень «нервным», когда фотографические вспышки прерывают их ночную активность по плетению паутины. Инфракрасная фотография практически решает эту задачу.

Метод поля действия. При фотографировании небольших движущихся биологических объектов, когда его нельзя выполнять камерой, часто используют метод полей действия. Фотограф ждет, когда объект придет в определенное поле. (См. Kodak Publication No. N-16, «Close-up Photography and Photomacrography»). По существу, действующие поля ограничиваются различного рода метками для указания поля зрения установленной и готовой к съемке камеры. Когда в результате случайного движения биологический объект попадает внутрь этого поля, вручную (наблюдателем) или автоматически (от датчика) включается электронная вспышка и происходит экспонирование. В качестве запускающего устройства обычно используется инфракрасный луч, проецируемый на датчик. Оно запускает эту вспышку после прерывания луча. (Необходимо отметить, что метод действующего поля не ограничивается фотографированием в темноте, однако это главная тема данного раздела.)

Сфокусированные инфракрасные пучки могут быть слишком широки для работы с небольшими летающими насекомыми. В этом случае можно использовать узкие пучки маломощного лазера непрерывного действия. Два отдельных горизонтальных пучка, перпендикулярных оси объектива и расположенных на одинаковой высоте, можно запрограммировать на последовательные срабатывания.

Это должно гарантировать, что объект летит в направлении камеры во время вспышки. Данные пучки можно блокировать с вертикальным пучком (или пучками), прерывание которого будет гарантировать надлежащую установку в определенном горизонтальном положении. Экран с отверстием, точно соответствующим полю камеры, можно использовать для увеличения частоты пролета через поле действия.

Правда, насекомые не могут видеть излучение с длиной волны, большей длины волны зеленого света. Однако объект, летящий через желтый луч или полосу вне области запуска, можно регистрировать на пленку в установке с открытой вспышкой.

В некоторых применениях затвор камеры не способен открываться достаточно быстро. Такой проблемы нет при изучении в темноте полета летучих мышей или насекомых. В этом случае затвор может оставаться открытым. Если необходимо присутствие окружающего освещения, можно использовать метод открытой вспышки в сочетании с инфракрасной пленкой. Зелено-голубой свет, используемый при фотографировании инфракрасной люминесценции, должен обеспечивать видимость, а не экспонирование пленки через инфракрасный фильтр на объективе. Этот цвет не вызывает беспокойства у насекомых, так как они не видят желтого и красного цвета; при таком освещении животные, вероятно, •будут вести себя нормально.

В литературе описаны устройства, использующие некоторые из этих особенностей. Однако подробности, относящиеся к положению объектов, не всегда ясны.

В лаборатории лесных насекомых Министерства лесного хозяйства (Канада) изучалось поведение мышей и землероек в:ночное время. Инфракрасный фильтр помещался перед источником света, а кинокамера использовалась, по существу, для выполнения серии неподвижных фотографий (кадров), которые можно анализировать для вычерчивания траекторий движения этих животных. Когда животное выходило для приема пищи, оно «включало» освещение, устройство выдержки и оборудование, задающее время фотографирования. (Д. С. Андерсон, частное сообщение). Для данного типа исследования можно использовать автоматическую неподвижную 35-мм камеру (на 36 или 250 кадров) с приводом от пружины.

Необходимо фокусировать камеру при ярком свете таким образом, чтобы ограниченная область поля действия находилась в пределах глубины резкости поля объектива. Подходящее освещение и экспозиции можно выбрать на мертвых животных или на их чучелах. Значительная часть этой работы касается сферы кинематографии, но только в том смысле, что кинокамера используется в течение длительных периодов наблюдения.

Эндл [1.27] описал механику устройства для ускорения действия затвора посредством инфракрасного барьера. Работа Стефана Дальтона, касающаяся получения его уникальных фотографий летящих насекомых, требовала использования быстродействующего затвора (1/600 с). Метод открытой вспышки был не пригоден, так как значительная часть фотографирования планировалась в полевых условиях в дневное время. Его работа была описана в «British Journal of Photography» (November 5, 1976). Чтобы «остановить» быстрые движения исследуемых объектов, он сконструировал электронную установку, дающую крайне короткую вспышку. Насекомые выпускались из трубы, чтобы ограничить их поле деятельности. Сигнал датчика какого-либо типа запускал затвор. Кажется, инфракрасное излучение в его установке не использовалось, однако могло быть полезным в других установках, например в установках для изучения поведения в ночное время.

Выполнение движущихся снимков в темноте является другим информативным методом. С помощью высокоскоростной камеры (замедленное движение) Рик [6.128] фотографировал полет летучих мышей в темноте, но не привел подробностей относительно того, каким образом ему удалось заставить животных летать перед камерой. Наиболее впечатляющим аспектом в эксперименте Рика была запись криков летучих мышей в «замедленном движении». Таким образом неслышимый ультразвук уменьшали по частоте до слышимого диапазона и смогли скоррелировать его с замедленной кинематограммой слишком быстрого для глаза движения (даже если бы оно имело место на свету).

Скорость камеры Рика составляла 480 кадр/с, а скорость проектора 24 кадр/с. Магнитная запись велась на скорости 190 см/с, а воспроизведение — на скорости 9,5 см/с. Автор описал осветительную установку впечатляющих размеров для работы в высокоскоростной фотографии. Подобные проекты следует хорошо консультировать с изготовителями оборудования для электронных вспышек. Более подходящими являются устройства с периодически повторяющимися вспышками, поскольку в этом случае легче производить фильтрацию и имеется меньше проблем, связанных с нагревом.

Для съемки на обычных скоростях Рик [6.126, 6.127] описал устройство освещения животных и рыб в лабораторных условиях при получении инфракрасных фотографий движения. Он изучал некоторые факторы роста растений, а также повадки мышей и некоторых рыб во время борьбы. Для этого Рик заключил прожекторы Френеля мощностью 500 Вт в хорошо проветриваемые кожухи. Эти кожухи имели окна с двойными стеклами, между которыми помещались слои желатинового фильтра (подобного фильтру Kodak Wratten № 88А). Из-за нагрева эти фильтры годились только на один цикл. О подобной работе сообщил Сасс [6.130], который описал некоторые из устройств Рика и включил таблицы коррекции фокуса используемых объективов.

Его устройства состояли из 4—6 источников освещения; для рыб две дополнительные лампы мощностью 1000 Вт каждая были направлены вниз на верхнюю часть резервуара. Лампы помещались на расстоянии 40—100 см от объектов. Поля имели ширину 5—75 см. Освещенность без инфракрасных фильтров колебалась в пределах 10000—35000 лк. Активность объектов можно было наблюдать благодаря тусклому красному свечению, пропускаемому фильтрами. При этом следует проявлять осторожность, чтобы не перегреть аквариум. На установке, описанной выше, съемка выполнялась при т/2,8-И/4 и скорости 24 кадр/с. Гриффин [6.69] описал и привел схемы установки с импульсной лампой, используемой для фотографирования летучих мышей. Он применил импульсы белого света очень короткой длительности (30 с), а не непрерывное освещение, которое брал Рик. В любом эксперименте, в котором свет рассматривается в качестве источника возмущения, в установках, подобных установке Гриффина, легко поместить инфракрасные фильтры перед источником света.

К другому достойному упоминания исследованию летучих мышей [6.124]| относится одно из исследований, выполненных в полевых условиях. Результаты были получены с помощью инфракрасной видеокамеры; однако подобные устройства, включающие инфракрасную кинематографию [5.119], можно использовать с таким же успехом, когда в них нет телевизионного оборудования или в удаленных местах. Неоценимое значение контрольных мер, принятых в результате исследований, иллюстрирует возможности фотографии.

Установлено, что в местах ночлега летучие мыши-вампиры предаются разнообразным взаимным ухаживаниям. Исследователи поймали 20—30 мышей из пещер в опустошенной местности и их брюшко смазали составом, содержащим смертельный антикоагулянт для крови вампиров. Во время ухаживания его проглотила большая часть животных этой колонии, и она практически была уничтожена.

Миллионы долларов теряются ежегодно в Мексике и Южной Америке из-за обескровления скота, а также бешенства и ящура, распространяемых вампирами. Смерть множества людей была вызвана бешенством и даже потерей крови. Опустошения, вызываемые вампирами, были снижены на 97% вблизи «обработанных» таким образом пещер.

Служба Национального парка шт. Флорида выступила инициатором изучения американских крокодилов, чтобы выяснить их повадки при гнездовании. Инфракрасное фотографирование в ночное время с помощью камер, установленных у гнезда и «включаемых самими крокодилами», позволило получить ранее не известные данные. Фотографии впервые предоставили возможность наблюдать комплекс отношений между взрослыми и малыми особями среди диких крокодилов во время высиживания яиц. Они иллюстрировали поведение взрослых при охране за гнездом, оказании помощи выводку и переносе новорожденных. Технических подробностей, касающихся получения этих снимков, Синглетори и Огден [6.131] не привели, однако они представили несколько впечатляющих фотографий.

Наблюдается возрастающий интерес к записи отражения и лучеиспускания от животных в неактиничной, длинноволновой инфракрасной области. Технические подробности приводятся в гл. 10. Читателям настоящей главы будет особенно интересна работа Каллагана [6.82], посвященная инфракрасному зондированию.

Папиллография (исследования зрачка). Эта область является обширной и используется для изучения многочисленных физических и физиологических эффектов у человека и животных. Среди исследуемых явлений можно отметить адаптацию к темноте, кривые видимости, время аккомодации, чувствительность к стимуляциям вспышками, неадекватные и слуховые стимулы, так называемый третий образ Пуркине, действие лекарств и утомление. (См. рис. 2.3.) И в этом случае значительная часть фотографий была выполнена с помощью кинокамер, которыми обычно делают сери» кадров. В настоящее время имеются подходящие 315-мм камеры с приводом от пружины, позволяющие использовать рулоны пленки на 250 кадров; это может служить удобным усовершенствованием некоторых более старых устройств. Экспозиции часто были длительными. Новая работа могла бы хорошо использовать преимущество высокой чувствительности инфракрасных эмульсий и: скорости, удобства и невысокой температуры электронных вспышек.

Тем, кто интересуется различными аспектами этой области w ее применением при изучении животных, можно посоветовать работы [6.114—6.116].

Когда фотограф осуществляет фокусировку на глаз, его побуждением является фокусирование на детали в радужной оболочке глаза. Однако из-за разницы между белым и инфракрасным фокусами для инфракрасного фотографирования (1:1) радужных оболочек и зрачка визуальная фокусировка должна производиться в плоскости переднего полюса роговицы (где деталей нет). Для многих объектов этого можно достигнуть фокусированием на серую линию на заднем крае век, когда веки почти закрыты. Когда необходимо сфотографировать зрачок за рогович-ной непрозрачностью, роговая оболочка глаза должна быть как раз в визуальном фокусе. Достижимая глубина поля обычно перекрывает довольно слабые дефекты.

Само собой разумеется, что интересующая нас область должна располагаться перед камерой, однако следует указать на то, что главная поверхность объекта обязательно должна быть приблизительно перпендикулярна оси объект—объектив. Чтобы выполнить это условие, животных необходимо удерживать. В некоторых случаях помочь может анестезия, однако этот прием может вызывать такие изменения, которые извратят результаты исследований. При съемке поверхностного кровообращения животных волосяной покров должен быть удален.

Трехмерные формы объектов при инфракрасной фотографии почти никогда не имеют значения. Если интересующая область расположена непосредственно перед камерой, требования, связанные с глубиной резкости, минимальны.

Люминография

Глава 5 содержит обсуждения инфракрасных фотографических исследований, выполненных с камнями желчных путей и Другими медицинскими образцами, а также с зубами и связанными с ними веществами. В табл. 6.4 приведены существующие возможности распространения люминесцентных методов на области естественных наук. Факто и Катрон [6.87] подготовили хорошее введение в общие фотографические методы изучения поведения животных. Детали освещения, уже описанные в связи с использованием не-доодвижной фотографии в юриспруденции, можно применить в некоторых исследованиях животных, включая крупных.