Какие же особенности глаза позволяют птицам так хорошо видеть?

Наука и жизньНаука

Почему у коршуна острое зрение

Часто, восхищаясь превосходным зрением хищных птиц, мы задаёмся вопросом, какие же особенности глаза позволяют им так хорошо видеть. Даже с максимально точной и чувствительной матрицей глаза — сетчаткой — выследить мелкую добычу в траве может быть сложно. Ответ биологи нашли в молекулярном строении хрусталика.

Наталья Осик, лаборатория протеомики и метаболомики Международного томографического центра СО РАН

В рамках информационного партнёрства с научно-популярным сайтом biomolecula.ru публикуем журнальный вариант статьи, которая была представлена на конкурс «Био/мол/текст»-2022/2023 в номинации «Своя работа».

«Глаз, как у орла» — говорят про людей с особо острым зрением, что не случайно. Коршуны и орлы способны разглядеть маленькую мышь с расстояния в несколько десятков и даже сотню метров — это необходимо для успешной охоты и выживания в целом. Строение глаза у этих птиц и впрямь уникально и заметно отличается от человеческого.

Если говорить об анатомии, то размер глаза птиц наибольший по отношению к величине тела среди всего царства животных, а сетчатка замощена фоторецепторными клетками с высочайшей плотностью. Цилиарные (ресничные) мышцы обеспечивают мгновенную аккомодацию хрусталика, а специальный глазной гребень позволяет значительно уменьшить количество кровеносных сосудов на сетчатке и повышает её чувствительность*. Сетчатка птиц так же, как и у большинства других животных, содержит два вида фоторецепторов — палочки и колбочки. Первые не чувствительны к цвету и отвечают прежде всего за ночное зрение, тогда как вторые полностью обеспечивают цветное зрение.

* Глазной гребень представляет собой гребенчатую структуру кровеносных сосудов, принадлежащих сосудистой оболочке глаза птицы. У других позвоночных сетчатка содержит большое количество сосудов, необходимых для транспорта питательных веществ, и прежде чем достигнуть фоторецептора, свет может рассеиваться на этих сосудах, что не очень хорошо сказывается на зрении. А у птиц, благодаря глазному гребню, эта проблема решается.

Яркое отличие глаза птицы — наличие не трёх, как у человека, а четырёх или даже пяти типов одинарных колбочек (рис. 1): «красные» (LWS), «зелёные» (MWS), «синие» (SWS), а также «фиолетовые» (VS) и «ультрафиолетовые» (UVS). Среди фоторецепторных клеток птиц есть ещё и двойные колбочки, но останавливаться на них мы не будем.

Рис. 1. Диапазон чувствительности зрительных пигментов в одинарных колбочках сетчатки обыкновенного скворца (A) и обыкновенного канюка (B) заметно шире, чем у человека (C). Диапазон чувствительности зрительного пигмента в палочках сетчатки отмечен пунктирной линией. Рисунок (с изменениями) на основе данных статьи: Lind O., Mitkus M., Olsson P. & Kelber A. (2013). Ultraviolet sensitivity in raptors and its importance in foraging behavior. Journal of Experimental Biology, 216(10), 1819—1826 и обзора: Cuthill I. C., Partridge J. C. еt al. Ultraviolet Vision in Birds, in: Advances in the Study of Behavior, V. 29, Academic Press, 2000, p.159—214.

Палитра колбочек у птиц отличается от вида к виду: некоторые различают цвета так же, как человек, другие наблюдают больше оттенков фиолетового, а кто-то из них видит даже ультрафиолет (УФ). У последних УФ-излучение, а точнее его часть, наиболее близкая по энергии к видимому излучению (УФ-А), проникает через все оптические элементы глаза — роговицу, хрусталик, водянистую влагу и стекловидное тело — и беспрепятственно доходит до сетчатки (рис. 2). Там свет поглощается и преобразуется в нервный импульс. Такая картина характерна для большинства воробьиных, голубей, колибри и многих других видов птиц.

Рис. 2. Схема глаза с прозрачными для УФ-А-излучения оптическими элементами, характерная для многих видов птиц. Рисунки Натальи Осик.

Восприятие ультрафиолета играет большую роль в жизни этих пернатых: при коммуникации, поиске пищи, обнаружении хищника и во время охоты. Но реальность такова, что сетчатка дневных хищных птиц, как правило, не настроена на ультрафиолет: максимум восприятия их «фиолетовых» колбочек приходится на 400 нм (рис. 1B). Но хотя максимум чувствительности и не попадает в УФ-область, ширина спектра всё же обеспечивает поглощение данного типа излучения колбочками. Кроме того, палочки тоже имеют достаточно широкий спектр восприятия: от 300 до 600 нм. Выходит, что у многих птиц, в частности у дневных хищников, сетчатка восприимчива к излучению, начиная с ближнего УФ-А-диапазона. Но всем ли птицам так необходимо видеть ультрафиолетовое излучение?

О хрусталике и хроматической аберраци

Итак, глаз птицы — почти идеальная оптическая система, но даже в ней есть недостатки. Например, дисперсия света в хрусталике приводит к хроматической аберрации. Что это такое и почему это плохо?

Хроматической аберрацией называется искажение изображения при прохождении света через преломляющие оптические элементы, вызванное зависимостью показателя преломления от длины волны излучения, то есть дисперсией. Представим пучок белого света. Этот свет полихроматический, то есть состоит из множества лучей разных цветов и, соответственно, длин волн. При прохождении через прозрачную призму каждый луч преломляется со своим коэффициентом преломления и белый световой пучок раскладывается на цветовой спектр (рис. 3). То же самое происходит при прохождении света через собирающую линзу: цветные лучи сфокусируются на разном расстоянии от линзы, и световой поток будет собран не в точку, а в пятно конечного размера.

Рис. 3. Разложение белого светового луча в цветной спектр при прохождении через стеклянную призму. Фото: D-Kuru/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0линзу

Хрусталик глаза по сути ничем не отличается от обычной собирающей линзы. Соответственно, в хрусталике никуда не деться от дисперсии света. Поэтому после прохождения через все преломляющие элементы глаза изображение на сетчатке будет размытым (рис. 4). Наибольший вклад в хроматические аберрации и размытие изображения на сетчатке вносит ультрафиолетовое излучение, так как его показатель преломления наибольший, по сравнению со всеми цветами видимого диапазона. Это, конечно, относится только к тем животным, сетчатка которых воспринимает УФ, — таких в мире достаточно много, включая и некоторых птиц.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
«Это счастье, когда человек на своем месте!» «Это счастье, когда человек на своем месте!»

Какой Михаил Полицеймако вне экрана и сцены?

Добрые советы
Театр между пропагандой Театр между пропагандой

На оккупированной территории России существовало несколько видов театров

Дилетант
Вопрос / ответ Вопрос / ответ

Что ели русские крестьяне, кто изобрел алфавит и другие вопросы и ответы

Вокруг света
Пришельцы в Балтике: кто они, откуда и почему прижились? Пришельцы в Балтике: кто они, откуда и почему прижились?

Биологические инвазии — это глобальное экологическое явление

Наука и жизнь
От религиозного уединения до модного отпуска: что такое ретрит и для чего он нужен От религиозного уединения до модного отпуска: что такое ретрит и для чего он нужен

Какие бывают ретриты, в чем их польза для здоровья?

Forbes
Почему у мужчин «пунктик» на анальном сексе? Почему у мужчин «пунктик» на анальном сексе?

Откуда у мужчин эта причудливая фиксация на анальном сексе

Cosmopolitan
Алло, мы ищем таланты! Алло, мы ищем таланты!

Что делать, когда вы не знаете, где искать свое призвание?

Добрые советы
10 неожиданных вопросов к Тане Ткачук из группы «Моя Мишель» 10 неожиданных вопросов к Тане Ткачук из группы «Моя Мишель»

Таня Ткачук вспомнила детство, поделилась мудростью и закончила несколько фраз

VOICE
Беспилотные машины и умные дороги: какие риски несет в себе транспорт будущего Беспилотные машины и умные дороги: какие риски несет в себе транспорт будущего

Что нужно регламентировать в законах о беспилотных машинах

Forbes
Как повысить эффективность обучения: 5 научных методов Как повысить эффективность обучения: 5 научных методов

Как быстрее и эффективнее подготовиться к экзамену или выучить новый язык?

Psychologies
Мария Шумакова: «В 30 лет, как только я разобралась в себе, у меня началась счастливая жизнь» Мария Шумакова: «В 30 лет, как только я разобралась в себе, у меня началась счастливая жизнь»

Люди, которые не видели меня восемь лет, говорят: «Ничего себе! Ты другая!»

Коллекция. Караван историй
Тень сомнений Тень сомнений

Кажется, что вскоре техника будет неотличима от магии, а мир наполнится чудесами

Правила жизни
«Государство не может идти на поводу у бизнеса» «Государство не может идти на поводу у бизнеса»

Михаил Беляев рассказал о новых трендах экономического развития России

FP. BusinessReview
Больше света Больше света

Как управлять люминесценцией?

Наука
15 миллионов россиян находятся в глубокой депрессии: психолог объясняет причины 15 миллионов россиян находятся в глубокой депрессии: психолог объясняет причины

Почему россияне не обращаются за психологической помощью?

Psychologies
Рестораны Рестораны

Главные герои московской гастрономической сцены

Robb Report
Время доставки Время доставки

Можно ли на самом деле обуздать свою страсть к онлайн-шопингу?

VOICE
Как отказать абьюзеру: техника от психолога Как отказать абьюзеру: техника от психолога

Как действовать, если в вашем окружении обнаружился абьюзер?

Psychologies
Меню оптимистки. 14 продуктов, которые помогают в  борьбе с апатией и депрессией Меню оптимистки. 14 продуктов, которые помогают в  борьбе с апатией и депрессией

Правильное питание поможет поднять настроение и выйти из депрессии

Лиза
5 психологических советов, которые помогут пережить боль от разрыва 5 психологических советов, которые помогут пережить боль от разрыва

Как справиться с грустью и перестать обесценивать себя после расставания

Psychologies
Евгений Липовицкий: Как я открыл вселенную автохимии Евгений Липовицкий: Как я открыл вселенную автохимии

Таинственный мир моторных масел, допусков, сертификаторов и других жидкостей

4x4 Club
Наскальные мультфильмы Наскальные мультфильмы

Рисункам из пещеры Шове больше 30 тысяч лет

Вокруг света
Война Алой и Белой розы: из истории термина Война Алой и Белой розы: из истории термина

Как сцена из пьесы стала страницей английской истории

Знание – сила
Раскачавшиеся материалы Раскачавшиеся материалы

«Неудержимые-4»: легендарная франшиза в самом соку

Weekend
9 божественных фактов о фильмах «Догма» и «Джей и Молчаливый Боб» 9 божественных фактов о фильмах «Догма» и «Джей и Молчаливый Боб»

Все, что ты хотел знать об упоротых народных любимцах Джее и Молчаливом Бобе

Maxim
По наклонной По наклонной

Аэротруба, в которой можно летать в вингсьюте и остаться живым

ТехИнсайдер
Радиоактивность, которая лечит Радиоактивность, которая лечит

Ядерная медицина — одно из наиболее динамично развивающихся направлений науки

Наука
Как организовать пространство в комнате школьника: 5 советов Как организовать пространство в комнате школьника: 5 советов

Как сделать так, чтобы в детской был порядок, и чтобы ребенок поддерживал его?

VOICE
Недооцененные сиквелы, о которых все забыли Недооцененные сиквелы, о которых все забыли

Вторые, третьи и прочие части франшиз, которые затмили их предшественники

Maxim
Открыть в приложении