: 22 Июл 2013 , «Но чтоб сие здание [Академия] непременно и полезно было, то имеет оное само себя править» , том 50, №2
Считается, что до 90% знаний о внешнем мире человек получает при помощи своего стереоскопического зрения. Зайцы обзавелись боковым зрением, благодаря которому они могут видеть объекты, находящиеся сбоку и даже позади себя. У глубоководных рыб глаза могут занимать до половины головы, а теменной «третий глаз» миноги позволяет ей неплохо ориентироваться в воде. Змеи способны видеть только движущийся объект, а самыми зоркими в мире признаны глаза сокола-сапсана, способного выследить добычу с высоты 8 км!
Но как видят мир представители самого многочисленного и разнообразного класса живых существ на Земле – насекомых? Наряду с позвоночными животными, которым они проигрывают только по размерам тела, именно насекомые обладают наиболее совершенным зрением и сложноустроенными оптическими системами глаза. Хотя фасеточные глаза насекомых не обладают аккомодацией, вследствие чего их можно назвать близорукими, однако они, в отличие от человека, способны различать чрезвычайно быстро двигающиеся объекты. А благодаря упорядоченной структуре своих фоторецепторов многие из них обладают настоящим «шестым чувством» – поляризационным зрением
Меркнет зрение – сила моя, Два незримых алмазных копья… А. Тарковский (1983)
Трудно переоценить значение света
(электромагнитного излучения видимого спектра) для всех обитателей нашей планеты. Солнечный свет служит основным источником энергии для фотосинтезирующих растений и бактерий, а опосредованно через них – и для всех живых организмов земной биосферы. Свет непосредственно влияет на протекание всего многообразия жизненных процессов животных, от размножения до сезонной смены окраски. И, конечно, благодаря восприятию света специальными органами чувств, животные получают значительную (а часто и большую) часть сведений об окружающем мире, могут различать форму и цвет объектов, определять движение тел, ориентироваться в пространстве и т. п.
Зрение особенно важно для животных, способных активно передвигаться в пространстве: именно с возникновением подвижных животных начал формироваться и совершенствоваться зрительный аппарат – сложнейший из всех известных сенсорных систем. К таким животным относятся позвоночные и среди беспозвоночных – головоногие моллюски и насекомые. Именно эти группы организмов могут похвалиться самыми сложноустроенными органами зрения.
Однако зрительный аппарат у этих групп значительно различается, как и восприятие образов. Считается, что насекомые в целом более примитивны по сравнению с позвоночными, не говоря уже о высшем их звене – млекопитающих, и, естественно, человеке. Но вот насколько различается их зрительное восприятие? Иными словами, намного ли отличается от нашего мир, увиденный глазами маленького создания по имени муха?
Глаза насекомого
Современная наука с помощью специальных приборов сумела увидеть мир глазами разных животных. Это открытие стало сенсацией в свое время. Оказывается, многие братья наши меньшие, а особенно насекомые, видят совсем не ту картинку, которую наблюдаем мы. Видят ли мухи вообще? Да, но совсем не так, и получается, что мы и мухи, да и другие летающие и ползающие, живем вроде в одном мире, но совсем непохожем.
Все дело в строении глаза. У насекомых он не один или, вернее, не совсем один. Глаз насекомого – это собранные воедино тысячи маленьких глаз, или фасеток, или омматидий. Выглядят они как конусные линзы. Каждый такой омматидий видит разную, только ему доступную часть картинки. Как видят мухи? Изображение, которое они наблюдают, похоже на картинку, собранную из мозаики, или пазл.
Острота зрения насекомых зависит от количества омматидий. Самая зрячая – стрекоза, у нее омматидий — аж около 30 тысяч. Бабочки тоже зрячие – около 17 тысяч, для сравнения: у мухи – 4 тысяч, у пчелы – 5. Самый слабовидящий — муравей, его глаз вмещает всего 100 фасеток.
Мозаика из шестигранников
Зрительная система насекомых в принципе не отличается от таковой у других животных и состоит из периферических органов зрения, нервных структур и образований центральной нервной системы. Но что касается морфологии органов зрения, то здесь различия просто бросаются в глаза.
Всем знакомы сложные фасеточные
глаза насекомых, которые встречаются у взрослых насекомых или у личинок насекомых, развивающихся с
неполным превращением
, т. е. без стадии куколки. Исключений из этого правила не так много: это блохи (отряд Siphonaptera), веерокрылые (отряд Strepsiptera), большинство чешуйниц (семейство Lepismatidae) и весь класс скрыточелюстных (Entognatha).
Фасеточный глаз по виду напоминает корзинку спелого подсолнуха: он состоит из набора фасеток (омматидиев
) – автономных приемников светового излучения, имеющих все необходимое для регуляции светового потока и формирования изображения. Число фасеток сильно варьирует: от нескольких у щетинохвосток (отряд Thysanura) до 30 тыс. у стрекоз (отряд Aeshna). Удивительно, но число омматидиев может варьироваться даже внутри одной систематической группы: например, ряд видов жуков-жужелиц, обитающих на открытых пространствах, имеют хорошо развитые фасеточные глаза с большим количеством омматидиев, в то время как у жужелиц, обитающих под камнями, глаза сильно редуцированы и состоят из небольшого числа омматидиев.
Верхний слой омматидиев представлен роговицей (хрусталиком) – участком прозрачной кутикулы, секретируемой специальными клетками, которая представляет собой своеобразную шестигранную двояковыпуклую линзу. Под роговицей у большинства насекомых располагается прозрачный кристаллический конус, структура которого может различаться у разных видов. У некоторых видов, особенно ведущих ночной образ жизни, в светопреломляющем аппарате имеются дополнительные структуры, играющие главным образом роль антибликового покрытия и увеличивающие светопропускание глаза.
Изображение, сформированное хрусталиком и кристаллическим конусом, попадает на светочувствительные ретинальные
(зрительные) клетки, представляющие собой нейрон с коротким хвостиком-аксоном. Несколько ретинальных клеток образуют единый цилиндрический пучок –
ретинулу
. Внутри каждой такой клетки на стороне, обращенной внутрь омматидия, расположен
рабдомер
– особое образование из множества (до 75—100 тыс.) микроскопических трубочек-ворсинок, в мембране которых содержится зрительный пигмент. Как и у всех позвоночных, этим пигментом является
родопсин
– сложный окрашенный белок. Благодаря огромной площади этих мембран фоторецепторный нейрон содержит большое количество молекул родопсина (например, у плодовой мушки
Drosophila
это число превышает 100 млн!).
Рабдомеры всех зрительных клеток, объединенные в рабдом
, и являются светочувствительными, рецепторными элементами фасеточного глаза, а все ретинулы в совокупности составляют аналог нашей сетчатки.
Светопреломляющий и светочувствительный аппарат фасетки по периметру окружают клетки с пигментами, которые играют роль световой изоляции: благодаря им световой поток, преломляясь, попадает на нейроны только одного омматидия. Но так устроены фасетки в так называемых фотопических
глазах, приспособленных к яркому дневному свету.
Для видов, ведущих сумеречный или ночной образ жизни, характерны глаза другого типа – скотопические
. Такие глаза имеют ряд приспособлений к недостаточному световому потоку, например, очень большие рабдомеры. Кроме того, в омматидиях таких глаз светоизолирующие пигменты могут свободно мигрировать внутри клеток, благодаря чему световой поток может попадать на зрительные клетки соседних омматидиев. Этот феномен лежит в основе и так называемой
темновой адаптации
глаз насекомых – увеличении чувствительности глаза при недостаточном освещении.
При поглощении рабдомерами фотонов света в ретинальных клетках генерируются нервные импульсы, которые по аксонам направляются в парные зрительные доли головного мозга насекомых. В каждой зрительной доле имеется по три ассоциативных центра, где и осуществляется переработка потока зрительной информации, одновременно идущей от множества фасеток.
Круговая оборона
Еще одна способность насекомых, отличительная от человеческой, – возможность кругового обзора. Глаз-линза способен видеть все на 360о. Среди млекопитающих самый большой угол зрения у зайца – 180о. Поэтому он и прозван косым, а что делать, если врагов столько. Лев вот врагов не боится, и глаза у него рассматривают меньше 30о горизонта. У маленьких насекомых природа компенсировала нехватку роста способностью видеть всех, кто к ним подкрадывается. Чем еще отличается зрительное восприятие насекомых, так это быстротой смены картинки. За время быстрого полета они успевают заметить все, что люди на такой скорости лицезреть не могут. Например, как видят мухи телевизор? Если бы наш глаз был таким, как у мухи или пчелы, крутить пленку нужно было бы в десять раз быстрее. Поймать муху сзади практически нереально, она видит взмах руки быстрее, чем он происходит. Человек кажется насекомым медлительной черепахой, а черепаха – вообще неподвижным камнем.
Как видят птицы
Птицы имеют четыре типа колбочек, или так называемых светочувствительных рецепторов, тогда как у человека только три. А область зрения достигает до 360%, если сравнить с человеком, то его равняется 168%. Это позволяет птицам визуализировать мир с совершенно другой точки зрения и гораздо насыщенней, чем восприятие человеческого зрения. Так же большинство птиц может видеть в ультрафиолетовом спектре. Необходимость в таком зрении возникает, когда они добывают себе пищу. Ягоды и другие плоды имеют восковое покрытие, которое отражает ультрафиолетовый цвет, делая их выделяющимися на фоне зеленой листвы. Некоторые насекомые также отражают ультрафиолетовый свет, давая птицам неоспоримое преимущество.
Слева — так видит наш мир птица, справа — человек.
Цвета радуги
Практически все насекомые — дальтоники. Цвета они различают, но по-своему. Интересно, что глаза насекомых и даже некоторых млекопитающих не воспринимают красный цвет совсем или видят его как синий, фиолетовый. Для пчелы красные цветы выглядят черными. Растения, которым нужно опыление пчел, не цветут красным. Большинство ярких цветов алые, розовые, оранжевые, бордовые, но не красные. Те редкие, которые позволяют себе красный наряд, опыляются другим образом. Вот такая взаимосвязь в природе. Трудно представить, каким образом удалось ученым выяснить, как видят мухи расцветку комнаты, но оказывается, что любимым их цветом является желтый, а голубой и зеленый их раздражает. Вот так вот. Чтобы в кухне было мух меньше, просто нужно ее правильно покрасить.
Как видят лошади и зебры
Лошади крупные животные, поэтому им необходимы широкие возможности органов зрения. У них превосходное периферическое зрение, которое позволяет им видеть почти все, что находиться вокруг. Вот почему их глаза направлены в стороны, а не прямо как у людей. Но это так же означает, что перед носом у них слепое пятно. И они всегда видят все из двух частей. Зебры и лошади видят ночью лучше, чем человек, но видят они в основном в серых оттенках.
Видят ли мухи в темноте?
Мухи, как большинство летающих насекомых, ночью спят. Да-да, им тоже нужен сон. Если муху постоянно сгонять и не давать ей спать на протяжении трех суток, она умирает. Мухи видят в темноте плохо. Это насекомые с круглыми глазами, но близорукие. Им не нужны глаза для поиска пищи.
В отличие от мух рабочие пчелы видят ночью хорошо, что позволяет им работать и в ночную смену тоже. Ночью цветы благоухают резче и соперников на нектар меньше.
Хорошо видят ночью навозные жуки, но несомненным лидером по зрению в темноте признан американский таракан.
Как видят кошки
Кошки не могут сфокусироваться на мелких деталях, поэтому видят мир чуть размытым. Им намного проще воспринимать объект в движении. А вот мнения по поводу того, что кошки способны видеть в абсолютной темноте не нашел подтверждения исследованиями ученых, хотя в темноте они видят гораздо лучше, чем днем. Наличие у кошек третьего века помогает им пробираться сквозь кусты и траву во время охоты, оно смачивает поверхность и защищает от пыли и повреждений. Близко его можно рассмотреть, когда кошка полу дремлет и пленка выглядывает сквозь полузакрытые глаза. Еще одной особенностью кошачьего зрения является особенность различать цвета. Например, главные цвета – это голубой, зеленый, серый, а белый и желтый могут и путать.
Форма предмета
Интересно восприятие формы предмета разными насекомыми. Специфика в том, что они могут совсем не воспринимать простые формы, которые не нужны для их жизнеспособности. Пчелы, бабочки не видят предметов простых форм, особенно неподвижных, зато их привлекает все, что имеет сложные формы цветов, особенно если они движутся, колышутся. Этим объясняется, в частности, и то, что пчелы и осы редко жалят стоящего неподвижно человека, а если и жалят, то в область губ, когда он разговаривает (движет губами). Мухи и некоторые другие насекомые человека не воспринимают, садятся они на него просто в поисках еды, которую ищут по запаху и видят датчиками на лапах.
Как видят ракообразные
Креветки и крабы, у которых тоже сложные глаза, имеют не до конца изученную особенность — они видят очень мелкие детали. Т.е. их зрение довольно грубое, и им тяжело что-либо рассмотреть на расстоянии больше 20 см. Однако они очень хорошо распознают движение.
Неизвестно, зачем раку-богомолу нужно превосходящее остальных ракообразных зрение, однако так оно развилось в процессе эволюции. Считается, что у раков-богомолов наиболее сложное цветовое восприятие — у них есть 12 типов зрительных рецепторов (у людей только 3). Эти зрительные рецепторы располагаются на 6 рядах разнообразных рецепторов-омматидий. Они позволяют раку воспринимать циркулярно-поляризованный свет, а также гиперспектральный цвет.
Общие особенности зрения насекомыхКрасный цвет способны различить только бабочки – они и опыляют редкие цветы такой гаммы.
Строение глаза у всех фасеточное, разница — в количестве омматидий.
Трихромазия, или способность преображать цвета в три основных: фиолетовый, зеленый и ультрафиолетовый.
Способность переламывать и отражать световые лучи и видеть картинку окружающей действительности целиком.
Способность рассматривать картинки, которые меняются очень быстро.
Насекомые умеют ориентироваться по солнечному свету, поэтому ночные бабочки слетаются к лампе.
Бинокулярное зрение помогает хищникам в мире насекомых точно определять расстояния до своей жертвы.
Что такое зрение?
Зрение — процесс обработки изображения объектов окружающего мира.осуществляется зрительной системой
позволяет получать представление о величине, форме и цвете предметов, их взаимном расположении и расстоянии между ними
Зрительный процесс включает:проникновение светового потока через преломляющие среды глаза
фокусировка света на сетчатке
трансформация световой энергии в нервный импульс
передача нервного импульса от сетчатки в головной мозг
обработка информации с формированием увиденного образа
Зрительные функции:
светоощущение
восприятие движущих объектов
поля зрения
острота зрения
цветовое восприятие
Светоощущение — способность глаза воспринимать свет и определять различную степень его яркости.
В глазу содержатся два типа светочувствительных клеток (рецепторов): высокочувствительные палочки, отвечающие за сумеречное (ночное) зрение, и менее чувствительные колбочки, отвечающие за цветное зрение.
Процесс приспособления глаза к различным условиям освещения называется адаптацией. Различают два вида адаптации:к темноте — при понижении уровня освещенности
и к свету — при повышении уровня освещенности
Светоощущение является основой всех форм зрительного ощущения и восприятия, особенно в темноте. На светоощущение глаза также влияют такие факторы как:
распределение палочек и колбочек (у животных центральный участок сетчатки в25 ° состоит, преимущественно, из палочек, что улучшает ночное восприятие)
концентрация светочувствительных зрительных веществ в палочках (у собак чувствительность к свету палочек 500-510нм, у человека 400нм)
наличие тапетума (tapetum lucidum) — особый слой сосудистой оболочки глаза (тапетум направляет назад прошедшие на сетчатку фотоны, заставляя их ещё раз воздействовать на рецепторные клетки, повышая светочувствительность глаза, что в условиях малого освещения такая оказывается весьма ценно) у кошек глаз отражает в 130 раз больше света, чем у человека (Paul E. Miller, DVM, and Christopher J. Murphy DVM, PhD )
форма зрачка — форма, размер и положение зрачка у различных животных (зрачок бывает круглый, щелевидный, прямоугольный, вертикальный, горизонтальный)
форма зрачка может рассказать относится ли животное к хищникам или жертвам (у хищников зрачок сужается в вертикальную полоску, у жертв в горизонтальную — эту закономерность ученые обнаружили, сравнив формы зрачков у 214 видов животных)
Итак, какие бывают формы зрачков:Щелевидный зрачок — (у хищных животных, таких как домашние кошки, крокодилы, ящерицы гекконы, змеи, акула) позволяет точнее подстроить глаз под количество света вокруг, так, чтобы и в темноте видеть, и на полуденном солнце не ослепнуть
Круглый зрачок- (у волков, собак, больших кошек — львов, тигров, гепардов, леопардов, ягуаров; птиц) т.к. они избавлены от необходимости хорошо видеть в темноте
Горизонтальный зрачок (травоядные) позволяет глазу хорошо видеть, что происходит у земли и охватывает довольно широкую панораму глаз защищён от прямого попадания солнечных лучей сверху, которые могли бы ослепить животное
Несколько интересных фактов
Как известно, стрекоза — тоже пятиглазое насекомое. Но ее органы зрения устроены еще сложнее. Глаз стрекозы насчитывает 28 тысяч фасеток и может улавливать ультрафиолетовые волны. Кроме того, стрекоза поляризирует изображение, что позволяет ей уменьшать отблески от поверхности воды.
Еще один интересный факт о зрении стрекоз. Это насекомое имеет панорамное зрение. Причем обзор — 360°.
Интересным фактом можно считать то, что у шершней, еще одних пятиглазых насекомых, несмотря на внешнее сходство с пчелами, дополнительные глаза расположены не на темени, а на лбу. Они составляют небольшой треугольник между парой фасеточных глаз.
Цветовое зрение
Цветовое зрение — это восприятие цветового многообразия окружающего мира. Вся световая часть электромагнитных волн создает цветовую гамму с постепенным переходом от красного до фиолетового (цветовой спектр). Осуществляется цветовое зрение колбочками. В сетчатке глаза человека есть три вида колбочек:первый воспринимает длинноволновые цвета – красный и оранжевый
второй тип лучше воспринимает средневолновые цвета – жёлтый и зелёный
третий тип колбочек отвечает за коротковолновые цвета – синий и фиолетовый
Трихромазия — восприятие всех трех цветов Дихромазия — восприятие только двух цветов Монохромазия — восприятие только одного цвета
