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
Как математик Джон фон Нейман создал суперкомпьютер для разработки водородной бомбы Как математик Джон фон Нейман создал суперкомпьютер для разработки водородной бомбы

Отрывок из художественной биографии математика Джона фон Неймана «MANIAC»

Forbes
Кто вы, Сигрид Гордая? Кто вы, Сигрид Гордая?

Что нам известно о биографии Сигрид Гордой из скандинавских саг?

Дилетант
«Коммерческий смысл в таких сделках потерялся» «Коммерческий смысл в таких сделках потерялся»

Высокая ключевая ставка ЦБ делает инвестиции в инфраструктурные проекты

Монокль
Можно ли приручить землетрясение? Можно ли приручить землетрясение?

Что мы знаем о землетрясениях?

Наука и жизнь
Неприкаянные скитальцы океанов Неприкаянные скитальцы океанов

Айсберги: почему они не тонут, какие метаморфозы испытывают в своих скитаниях?

Наука и Техника
Жанна Бадоева: «Только оставаясь собой, можно развиваться и идти вперёд» Жанна Бадоева: «Только оставаясь собой, можно развиваться и идти вперёд»

Жанна Бадоева – о жизни в Италии и об отношении к хейту в соцсетях

Здоровье
Большой бинокулярный телескоп получил самые детальные снимки Ио с Земли Большой бинокулярный телескоп получил самые детальные снимки Ио с Земли

Астрономы получили изображения поверхности спутника Юпитера Ио

N+1
Андрей Смелянский aka Toxi$ Андрей Смелянский aka Toxi$

Toxi$ — новая хип-хоп-звезда и самобытный артист

Собака.ru
NICA ускорит не только физику NICA ускорит не только физику

Коллайдер для разгона ионов обещает прорыв в радиоэлектронике и ядерной медицине

Монокль
«Каких нам еще доказательств»: Надежда Тэффи о политических судебных процессах «Каких нам еще доказательств»: Надежда Тэффи о политических судебных процессах

Глава из сборника изящных и ироничных рассказов «Забытая Тэффи»

Forbes
Пять чувств Пять чувств

Эта музыка ускользает от жанров, но откликается словам «свобода» и «ветер»

Seasons of life
Как общаться с вспыльчивым партнером: 3 лайфхака Как общаться с вспыльчивым партнером: 3 лайфхака

Как экологично и безопасно закончить диалог с человеком-вулканом?

Psychologies
Лето – это любовь Лето – это любовь

Городские локации и природные места, которые приятно посетить вместе с любимым

Лиза
Не только в кулинарии: 7 удивительно полезных способов использовать черный перец в быту Не только в кулинарии: 7 удивительно полезных способов использовать черный перец в быту

Неожиданные методы применения молотого черного перца в быту

ТехИнсайдер
Легко ли быть Легко ли быть

Как Кшиштоф Кесьлёвский искал смысл в свободе человека

Weekend
Вилла с фресками Вилла с фресками

Дом среди виноградников Венето, в котором встретились дизайн XVI и XX веков

Seasons of life
Юлия Жукова Юлия Жукова

Юлия Жукова открыла сверхсовременное трикотажное производство на Петроградке

Собака.ru
Supernovae: «Вышли мы все из сверхновых» Supernovae: «Вышли мы все из сверхновых»

«Если звезды зажигают – значит – это кому-нибудь нужно?» Но как они зажигаются?

Знание – сила
Родные 6 соток: советские дачи vs cовременные Родные 6 соток: советские дачи vs cовременные

Чем советские дачи отличались от загородных пространств

Maxim
Давид Голощекин Давид Голощекин

Евангелист джаза в России Давид Голощекин раздает вайбы на весь город

Собака.ru
Узнайте об операции «Скрепка»! Как США секретно нанимали ученых-фашистов после Второй мировой Узнайте об операции «Скрепка»! Как США секретно нанимали ученых-фашистов после Второй мировой

Как США стремились получить технологии Третьего рейха?

ТехИнсайдер
Просто добавь ИИ Просто добавь ИИ

Что происходит в маркетинге сейчас и чего ждать от внедрения ИИ завтра?

СНОБ
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
Природная красота Природная красота

Советы по созданию современного ландшафтного дизайна с цветниками

Лиза
Окнами в парк Окнами в парк

Квартира с современным эклектичным интерьером с нотками авангарда

Идеи Вашего Дома
Грандиозные каньоны и озеро Каинды: что манит в Казахстан Грандиозные каньоны и озеро Каинды: что манит в Казахстан

Пропустить эти места — значит не побывать в Казахстане

РБК
«Пиратское просвещение, или Настоящая Либерталия» «Пиратское просвещение, или Настоящая Либерталия»

С какой целью малагассийские женщины околдовывали иноземцев

N+1
Почему у женщин после 35 лет возрастает сексуальное желание: объясняет врач-сексолог Почему у женщин после 35 лет возрастает сексуальное желание: объясняет врач-сексолог

Почему пик женской сексуальности происходит в 40 ± 5 лет?

Psychologies
6 пассивно-агрессивных фраз, которые мы используем чаще всего 6 пассивно-агрессивных фраз, которые мы используем чаще всего

Фразы, которыми можно кого-то уязвить, оставаясь с виду дружелюбным

Psychologies
Открыть в приложении