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

Каждая личинка — индивидуальность Каждая личинка — индивидуальность

Эти небольшие червячки красного цвета — объект пристального внимания биологов

Наука и жизнь
Pro верить Pro верить

Дизайнер Haval H3 не любил овал

Автопилот
Сырые земли Сырые земли

Почему важно изучать водно-болотные угодья, или ветланды?

Наука и жизнь
8 главных потребностей, которые мы ищем в отношениях 8 главных потребностей, которые мы ищем в отношениях

Какие основные потребности мы стремимся удовлетворить в отношениях?

Psychologies
Революция со счастливым концом Революция со счастливым концом

Рубеж XIX и XX веков отмечен бурными событиями в целом ряде наук

Знание – сила
Под лучами палящего солнца: как эффективно защитить свою кожу от ультрафиолета и не сгореть Под лучами палящего солнца: как эффективно защитить свою кожу от ультрафиолета и не сгореть

Здоровье кожи летом: как определить свой фототип и что означает «SPF»?

ТехИнсайдер
25 оттенков горечи 25 оттенков горечи

Как воспринимается горечь: в желудке, мозге, сердце и даже мочеполовой системе?

Наука и жизнь
«Я не похожа на других женщин»: кто такая pick-me girl «Я не похожа на других женщин»: кто такая pick-me girl

Как ведут себя pick-me girl и почему они так не нравятся другим женщинам?

Psychologies
Глава из нового романа Ксении Буржской «Литораль» Глава из нового романа Ксении Буржской «Литораль»

Отрывок из четвертого романа Ксении Буржской «Литораль»

СНОБ
История чаевых: как на самом деле появилась эта денежная традиция История чаевых: как на самом деле появилась эта денежная традиция

Откуда пошла традиция оставлять чаевые официантам?

ТехИнсайдер
«Сказочные» уроки: чему учат мультфильмы Диснея «Сказочные» уроки: чему учат мультфильмы Диснея

Истории, рассказанные в сказках и мультфильмах, могут многому научить

Psychologies
На шаг ближе к беспилотному будущему: новые возможности обработки геоданных появились в России На шаг ближе к беспилотному будущему: новые возможности обработки геоданных появились в России

Зачем нам нужно развивать геоинформационные технологии?

ТехИнсайдер
Странный фетиш: почему кошки так любят лежать на ноутбуках Странный фетиш: почему кошки так любят лежать на ноутбуках

Как отучить кота сидеть на ноутбуке? И зачем он вообще на него забирается?

ТехИнсайдер
К 2032 году у человечества закончатся слова для обучения искусственного интеллекта К 2032 году у человечества закончатся слова для обучения искусственного интеллекта

На чем будет учиться ИИ, когда у человека закончатся слова

ТехИнсайдер
Если у вас СДВГ: 10 способов повысить работоспособность Если у вас СДВГ: 10 способов повысить работоспособность

Как научиться работать лучше и эффективнее при СДВГ, рассказывает психолог

Psychologies
Что нужно мужчинам для здоровой сексуальной жизни? Узнайте ответ экспертов! Что нужно мужчинам для здоровой сексуальной жизни? Узнайте ответ экспертов!

Как мужчине поддержать сексуальное здоровье?

ТехИнсайдер
Обратная сторона коттеджных рекордов Обратная сторона коттеджных рекордов

Что разбалансировало рынок коттеджного строительства?

Монокль
Арсенал для петард Арсенал для петард

Экономическая наука сегодня скандально слаба

Монокль
5 психологических установок, которые убивают отношения 5 психологических установок, которые убивают отношения

Из-за этих стереотипов между вами и вашим партнером могут возникнуть преграды

Psychologies
Рауль Гайнетдинов Рауль Гайнетдинов

Рауль Гайнетдинов — один из самых цитируемых психофармакологов в мире

Собака.ru
Просто добавь ИИ Просто добавь ИИ

Как используют ИИ в маркетинге — главные тренды

СНОБ
Как черви вызвали взрыв биоразнообразия на Земле 480 миллионов лет назад Как черви вызвали взрыв биоразнообразия на Земле 480 миллионов лет назад

Как связаны черви и биоразнообразие на Земле?

ТехИнсайдер
Банк России сжалился над экономикой Банк России сжалился над экономикой

Худшие ожидания не оправдались: ЦБ оставил ключевую ставку на уровне 16%

Монокль
С монитора на большой экран: 7 лучших экранизаций видеоигр С монитора на большой экран: 7 лучших экранизаций видеоигр

Самые популярные и удачные фильмы, снятые по видеоиграм

ТехИнсайдер
5 пугающе реалистичных романов о технологиях будущего и их влиянии на человечество 5 пугающе реалистичных романов о технологиях будущего и их влиянии на человечество

Книги об экзоскелета, чипировании и не только

Maxim
Королевство полного абсурда Королевство полного абсурда

«Кафка»: байопик в духе Уэса Андерсона

Weekend
Что нельзя делать при стирке постельного белья: 10 ошибок, которые быстро состарят твои простыни Что нельзя делать при стирке постельного белья: 10 ошибок, которые быстро состарят твои простыни

Эксперты рассказали, как правильно стирать постельное белье

VOICE
Промоутер Илья Бортнюк: Мне нравятся фестивали, которые вписаны в городскую среду Промоутер Илья Бортнюк: Мне нравятся фестивали, которые вписаны в городскую среду

Промоутер Илья Бортнюк — о музыке в 1990-е и Михаиле Шуфутинском

СНОБ
Дикие и красивые Дикие и красивые

Из каких растений создавать луговые газоны и где разместить их на участке?

Лиза
Летняя база: как ухаживать за льняными вещами, чтобы они надолго сохраняли свой идеальный внешний вид Летняя база: как ухаживать за льняными вещами, чтобы они надолго сохраняли свой идеальный внешний вид

Лен довольно капризный, и ухаживать за ним нужно по-особенному

ТехИнсайдер
Открыть в приложении