Глаза по устройству сродни фотоаппарату, но техника за природой не угнаться

Наука и жизньНаука

Мир разными глазами

Кандидаты биологических наук Римма Сейфулина и Сергей Пирутин, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Посмотрите, какой огромный зрачок у совы сплюшки (Otus scops), — и это при дневном свете, когда он сужен. В сумерках же зрачок раскрывается на весь глаз, максимально увеличивая поток света. Сами глаза неподвижны, поворачивает их сова только вместе со всей головой. Зато их взаимное расположение обеспечивает несвойственное птицам объёмное зрение.

Говорят, глаза — зеркало души. Не знаем, как внутренний, но внешний мир они определённо отражают. Глаз по своему принципиальному устройству сродни фотоаппарату, только гораздо сложнее — технике за природой всё-таки не угнаться.

Зрение, или в широком смысле светочувствительность, исправно служит всему живому с незапамятных времён. В самых простых формах зрение есть даже у бактерий, в клетках которых имеются светочувствительные пигменты. Для чего?

Фотосинтезирующие микроорганизмы, чья жизнедеятельность всецело зависит от света, должны уметь двигаться в его сторону. Значит, им нужно приспособление, чтобы «замерять» освещение. В клетках одноклеточных простейших для этого есть особый глазок. К примеру, у простейшего эвглены (Euglena spp.) он красный и служит всего лишь шторкой. Непосредственно на свет реагирует синий пигмент флавин, располагающийся в основании двигательного жгутика и затенённый шторкой. Положение при наименьшем его затенении соответствует движению в сторону света. Красный цвет глазку, как и морковке, придают каротиноиды, но воспринимает клетка только сине-фиолетовые лучи спектра.

Продольная форма зрачка соответствует растянутой зоне наилучшего видения. Очевидно, почему он таков у коз. Копытным важно более или менее чётко воспринимать всю линию горизонта сразу.

Разнообразные пигментные пятна или ямки, ощущающие свет, есть у слизистых грибов, червей, иглокожих, а также у наипростейшего рыбообразного животного — ланцетника. Даже достаточно крупные и зрячие беспозвоночные, такие как кальмары и осьминоги, не обходятся без подобных приспособлений. Отдельные чувствительные к свету клетки разбросаны у них по всей коже. Но для предметного зрения нужны глаза.

Если пигментное пятно можно сравнить с фотопластинкой, то глаз — это уже целый фотоаппарат. В глазу есть все полагающиеся фотокамере элементы: и линзы со своей системой наведения резкости, и шторка-диафрагма для регулирования светового потока. Изображение попадает на реагирующую на свет «фотопластинку» и по нерву-кабелю отсылается в «центральный процессор» для обработки. То есть фотокамера ещё и цифровая. А теперь расшифруем. Наружной линзой служит прозрачная поверхность роговицы — передней части глазного яблока. Непосредственно за ней расположена цветная радужка с отверстием-зрачком, которое, сужаясь и расширяясь, регулирует идущий внутрь световой пучок. Прозрачный двояковыпуклый хрусталик работает как внутренняя линза. Сетчатка, светочувствительный слой, находится на дне глазного яблока. Она заполнена особыми клетками-рецепторами, содержащими зрительный пигмент, настроенный на восприятие определённого цвета.

Схема строения органа зрения. 1 — склера; 2 — роговица; 3 — хрусталик; 4 — радужная оболочка со зрачком; 5 — ресничная мышца; 6 — сосудистая оболочка; 7 — стекловидное тело; 8 — сетчатка с палочками и колбочками; 9 — зрительный нерв.

Под действием света в фоторецепторах происходит быстрое и обратимое изменение пигмента, запускающее нервное возбуждение. Клетки эти имеют разную чувствительность к свету. Те из них, которые содержат зрительный пурпур (родопсин) — палочки, — реагируют даже на малейший лучик и потому задействуются при ночном зрении, по определению чёрно-белом. Но при нормальном освещении они лучше всего поглощают сине-зелёные лучи и отвечают за восприятие этой части спектра. Другие рецепторы, называемые колбочками, содержат сразу несколько пигментов и при полном исходном наборе реагируют на все цвета радуги, включая ультрафиолет. Такое зрение присуще, в частности, птицам и рептилиям, имеющим все четыре типа колбочек (так называемая тетрахроматия). На запуск цветных фоторецепторов требуется в 100 раз большая сила света, чем достаточно палочкам. Поэтому предки современных млекопитающих, будучи ночными животными, утратили два типа колбочек из четырёх и большинство зверей — дихроматы, особо чувствительные к коротким и средним волнам спектра. Однако приматы в ходе своей эволюции «вернули» третий тип колбочек, добавив длинноволновую часть спектра.

Зрительные рецепторы и передающие сигнал нервные клетки располагаются неравномерно. Там, где их больше всего, возникает самое чёткое и детализированное изображение, определяющее остроту зрения в целом. Эта зона мала и имеет свои величину, форму и местоположение у разных животных. Именно от этого зависит, какая часть картинки в неподвижном глазу будет резкой. Мы, например, видим чётко только точку, на которую непосредственно устремлён взор. Остальное, попавшее в поле так называемого бокового зрения, воспринимается нечётко. Вот отчего наш взгляд не стоит на месте, а постоянно скользит, ощупывая пространство перед глазами. Но будь по-другому, мозг захлебнулся бы в потоке информации.

Розовый фламинго (Phoenicopterus roseus). Птицы видят мир много ярче, чем мы. Они различают больше оттенков, включая ультрафиолет, и могут видеть на своём оперении яркие метки, совершенно ускользающие от человеческого взора. А всё потому, что глаз птицы содержит максимальное число типов цветных фоторецепторов (колбочек), а именно — четыре.

Зона наилучшего видения человека и обезьян находится в самом центре сетчатки и представляет собой округлое пятно диаметром в полтора градуса, то есть 1/240 поля зрения. У хищных зверей из одноимённого отряда она раз в десять больше, но даёт меньшую чёткость. В сетчатке помимо такого центрального поля может присутствовать и растянутая в стороны зрительная полоса. За счёт неё копытные более или менее резко видят всю линию горизонта сразу и способны оценить обстановку с первого же взгляда. Такая особенность вообще свойственна животным открытых пространств.

Неоднородность зрительного поля — это защита мозга от перегрузки. При равномерно высокой плотности нервных клеток поток импульсов в мозг был бы в сотни раз больше. При этом чем меньше фоторецепторов связано с одной нервной клеткой, тем точнее передаётся в мозг зрительная информация и тем чётче изображение. Но чем больше рецепторов имеет в своём распоряжении нервная клетка, тем лучше будет картинка при плохом освещении (в первом случае она получится сильно «дырявой»). Поэтому у ночных животных на «одном проводе» сидит в 50 раз больше чувствительных элементов, чем у дневных.

Рыбки илистые прыгуны (в данном случае Periophthalmus sp.) ведут земноводный образ жизни, и хорошо видеть на суше для них даже важнее, чем в воде. Достигается это нестандартной асимметричной формой хрусталика. И они едва ли не единственные рыбы, умеющие моргать.

Для того чтобы рассматриваемый объект выглядел резким, его изображение должно попасть точно на клетки-рецепторы. Другими словами, входящие лучи нужно сфокусировать, то есть свести вместе на сетчатке. Как же это происходит? Первая хитрость состоит в том, что лучи преломляются, попадая из воздуха в воду. Ведь передняя часть глазного яблока заполнена водянистой жидкостью. А за точную наводку на резкость отвечает хрусталик.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Сырые земли Сырые земли

Почему важно изучать водно-болотные угодья, или ветланды?

Наука и жизнь
Худеем без ошибок Худеем без ошибок

5 неожиданных мифов о диетах, из-за которых ты не можешь сбросить вес

Лиза
Самый энергичный свет Самый энергичный свет

История открытия и некоторые факты о гамма-лучах

Наука и жизнь
Липовые губернаторы и шантаж в сети: какие угрозы таит искусственный интеллект Липовые губернаторы и шантаж в сети: какие угрозы таит искусственный интеллект

Какие схемы популярны у мошенников и как не стать их жертвой

ФедералПресс
Мода или роскошь? Право или мода? Мода или роскошь? Право или мода?

Что было в обществе до понятия моды и что такое роскошь?

Знание – сила
Практические вопросы: Основные правила хранения шин Практические вопросы: Основные правила хранения шин

Сейчас самое время лишний раз напомнить основные правила хранения шин

4x4 Club
«Кровавый зуб» «Кровавый зуб»

...Из-под ног вспорхнули рябчики. Кто-то удивлённо спросил: «Это что, кровь?»

Наука и жизнь
На все четыре стороны. 14 коротких маршрутов для путешествий на выходные из Москвы На все четыре стороны. 14 коротких маршрутов для путешествий на выходные из Москвы

Мини-поездки смогут отвлечь от рутины и зарядить новой энергией

Лиза
5 популярных физических упражнений, от которых вреда больше, чем пользы 5 популярных физических упражнений, от которых вреда больше, чем пользы

Пять самых опасных упражнений, которые многие делают неправильно

Maxim
А, В, С-план А, В, С-план

Какие 3 шага отделяют нас от стройности?

Лиза
«Разрывает мне сердце»: россияне жалеют роботов и поднимают упавшие электросамокаты «Разрывает мне сердце»: россияне жалеют роботов и поднимают упавшие электросамокаты

Как люди жалеют роботов и помогают им

Psychologies
Амнистия вслепую: что не так с планами правительства «простить» налогоплательщиков Амнистия вслепую: что не так с планами правительства «простить» налогоплательщиков

Параметры налоговой амнистии несколько прояснились

Forbes
Коллекция космических диковин: кольца и внутренняя часть системы Сатурна Коллекция космических диковин: кольца и внутренняя часть системы Сатурна

Сатурн: необычные кольца, спутники-пастухи и виртуальные спутники

Наука и техника
«Молодой» рак может быть связан с плохим питанием «Молодой» рак может быть связан с плохим питанием

Почему рак кишечника «молодеет»?

ТехИнсайдер
Играл с Карлсеном и опередил Гейтса: в сборной Англии выступает фанат шахмат Играл с Карлсеном и опередил Гейтса: в сборной Англии выступает фанат шахмат

Рассказываем о необычном увлечении игрока Сборной Англии по футболу

Forbes
Ильгиз Фазулзянов: Наши мастера-эмальеры расписывают иконы, а ювелирная эмаль остается на низком уровне Ильгиз Фазулзянов: Наши мастера-эмальеры расписывают иконы, а ювелирная эмаль остается на низком уровне

Как совмещать в одной работе разные техники и школы и зачем ювелиру математика

СНОБ
Родина инвесторов манит Родина инвесторов манит

Чего ждать от рынка акций во втором полугодии

Деньги
Окнами в парк Окнами в парк

Квартира с современным эклектичным интерьером с нотками авангарда

Идеи Вашего Дома
Убийца в белом халате: вся правда о мази Вишневского Убийца в белом халате: вся правда о мази Вишневского

Почему мазь Вишневского так сложно найти в российских аптеках?

ТехИнсайдер
Откуда пошло выражение «скатертью дорога»? Раньше фраза означала совершенно другое Откуда пошло выражение «скатертью дорога»? Раньше фраза означала совершенно другое

Выражение «скатертью дорога» — фразеологизм, но откуда он пошел и что значит?

ТехИнсайдер
«Гончаровская» дорога «Гончаровская» дорога

«Как я жалею, что на пути моем из Петербурга не заехал я в Ярополец»

Знание – сила
Евгения Петрова Евгения Петрова

Кажется, создательница бренда лаконичных сумок Jenёk импортозаместила it-bags

Собака.ru
Семён, а не Семен: 6 ошибок в паспорте, из-за которых вы не уедете за границу Семён, а не Семен: 6 ошибок в паспорте, из-за которых вы не уедете за границу

Ошибки, из-за которых можно внезапно остаться дома во время отпуска

Maxim
Период роста Период роста

Самые выгодные инвестиции полугодия

Деньги
5 вопросов про электровелосипеды для курьеров, которые задавал себе каждый 5 вопросов про электровелосипеды для курьеров, которые задавал себе каждый

Электровелосипеды: что это за транспортные средства и что в них особенного?

Maxim
Эмиграция: что происходит с психикой в новой стране и к чему нужно подготовиться Эмиграция: что происходит с психикой в новой стране и к чему нужно подготовиться

Как наша психика воспринимает эмиграцию?

Psychologies
Переизобрести Пушкинский Переизобрести Пушкинский

Внедрение современных технологий для классического музея — всегда вызов

СНОБ
Принципы принцессы Анны Принципы принцессы Анны

О чем выборы киногероев говорят экономисту

N+1
Многие тренеры запрещают секс. А как интим влияет на спортивные результаты? Многие тренеры запрещают секс. А как интим влияет на спортивные результаты?

Вреден ли секс перед футбольными матчами и вообще перед спортом?

Maxim
8 правил езды на велосипеде в экстремальную жару: когда за бортом +40, а кататься хочется 8 правил езды на велосипеде в экстремальную жару: когда за бортом +40, а кататься хочется

Существует много способов облегчить организму адаптацию к жаре в поездке

ТехИнсайдер
Открыть в приложении