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
«Водка точно не улучшает вкус». Пивной консультант Евгений Смирнов — о культуре потребления пива в России «Водка точно не улучшает вкус». Пивной консультант Евгений Смирнов — о культуре потребления пива в России

Почему пиво не стоит пить из горла — консультант рассказывает Евгений Смирнов

СНОБ
Жизнь без еды Жизнь без еды

Среди насекомых есть виды, которые во взрослом состоянии не питаются вовсе

Наука и жизнь
Как поднять самооценку после того, как вас бросили: рекомендации психолога Как поднять самооценку после того, как вас бросили: рекомендации психолога

Как восстановить самооценку после тяжелого разрыва?

Psychologies
«Перемолотый край, где сопки нетронуты, а долины истерзаны» «Перемолотый край, где сопки нетронуты, а долины истерзаны»

Желание восстановить историю семьи может привести к историческому расследованию

Дилетант
Город с двух сторон от одного тракта Город с двух сторон от одного тракта

Бийск: союз баллистических ракет и чудодейственных препаратов

Weekend
Связывая микромир с громадной Вселенной Связывая микромир с громадной Вселенной

Физик-математик Дмитрий Горбунов – о космологии как науки об эволюции Вселенной

Знание – сила
Дизельный двигатель и керосин в баке: чем еще удивят мотоциклы морской пехоты США Дизельный двигатель и керосин в баке: чем еще удивят мотоциклы морской пехоты США

Какие мотоциклы использует армия США?

ТехИнсайдер
Сложная реакция нервной системы: что такое аноргазмия у женщин и можно ли ее вылечить Сложная реакция нервной системы: что такое аноргазмия у женщин и можно ли ее вылечить

Как распознать аноргазмию, почему возникает это расстройство?

Forbes
Муж-итальянец, связь с сектой и поздняя беременность: непростой путь «фабричной девчонки» Сати Казановой Муж-итальянец, связь с сектой и поздняя беременность: непростой путь «фабричной девчонки» Сати Казановой

Как сложилась жизнь Сати Казановой

VOICE
Кредитор номер один Кредитор номер один

Как Евгений Ламанский модернизировал банковскую систему Российской империи

Деньги
Сергей Тиснек Сергей Тиснек

Рисунки художника Сергея Тиснека — фовистские, но очень милые коты

Собака.ru
Как понять, что вы мало двигаетесь Как понять, что вы мало двигаетесь

Признаки, которые указывают на то, что вам нужно больше двигаться

ТехИнсайдер
26 дуэлей и одна роковая: жизнь Александра Пушкина в цифрах 26 дуэлей и одна роковая: жизнь Александра Пушкина в цифрах

Несколько любопытных фактов из биографии поэта Александра Пушкина

Правила жизни
Садовая диета Садовая диета

Какие натуральные и безопасные подкормки использовать для растений

Лиза
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
Природная красота Природная красота

Советы по созданию современного ландшафтного дизайна с цветниками

Лиза
Загадка одного горячего юпитера Загадка одного горячего юпитера

Нестандартные транзиты горячих юпитеров

Наука и техника
С друзьями на поводке С друзьями на поводке

Куда чаще берут питомцев в отпуск, как оформляется проезд и сколько это стоит

Деньги
Двадцать фактов о Василе Быкове Двадцать фактов о Василе Быкове

Эта подборка фактов составлена на основе автобиографической книги Василя Быкова

Знание – сила
Родина инвесторов манит Родина инвесторов манит

Чего ждать от рынка акций во втором полугодии

Деньги
«Самую любимую песню я почти никогда не исполняю»: Хелависа рассказывает об альбоме «Дикие травы» (у него юбилей!) «Самую любимую песню я почти никогда не исполняю»: Хелависа рассказывает об альбоме «Дикие травы» (у него юбилей!)

Хелависа о том, как за 15 лет изменилось ее отношение к альбому «Дикие травы»

VOICE
Лодырь, галиматья, джакузи: 7 фамилий, которые сегодня стали обычными словами Лодырь, галиматья, джакузи: 7 фамилий, которые сегодня стали обычными словами

Какие фамилии стали общеупотребительными словами, изменив первоначальный смысл?

ТехИнсайдер
Секретный соус: как привлечь деньги в свой первый венчурный фонд Секретный соус: как привлечь деньги в свой первый венчурный фонд

Как эффективно привлекать деньги в рискованный фонд?

Forbes
Точно по Фрейду: как художники пишут королей, президентов и премьер-министров Точно по Фрейду: как художники пишут королей, президентов и премьер-министров

Почему портретистам трудно угодить героям официальных портретов?

Forbes
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
Сонные девяностые Сонные девяностые

«Только течет река»: крепкий китайский нуар

Weekend
Все сходится: 7 экотроп Санкт-Петербурга и Ленинградской области Все сходится: 7 экотроп Санкт-Петербурга и Ленинградской области

Короткие экомаршруты по Санкт-Петербургу и Ленинградской области

СНОБ
Как устроен лагерь для взрослых Как устроен лагерь для взрослых

Агата Березина, зачем взрослым людям вновь погружаться в детство

СНОБ
Виртуальная атака: как защититься от кибермошенников Виртуальная атака: как защититься от кибермошенников

Какими схемами пользуются кибермошенники и как защитить себя от них

ТехИнсайдер
Открыть в приложении