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

Корниловский марш Корниловский марш

Лавр Корнилов был ровесником Ленина, в августе 1917 года ему исполнилось 47 лет

Дилетант
Арбузное настроение Арбузное настроение

5 небанальных рецептов из летней ягоды

Лиза
«Лишь тогда она достигнет полноты…» «Лишь тогда она достигнет полноты…»

Послереволюционная русская эмиграция — одна из самых драматичных страниц ХХ века

Дилетант
Глава АНО «Цифровая экономика»: «Мы идем к новым прорывам» Глава АНО «Цифровая экономика»: «Мы идем к новым прорывам»

Сергей Плуготаренко рассказал о развитии ИТ-отрасли в РФ и ее перспективах

ФедералПресс
Лунный цветок Лунный цветок

Отправиться осенью в лес за красивыми растениями? Да!

Наука и жизнь
Античный коммунизм Античный коммунизм

Кто всех суровее в Древней Греции?

Дилетант
Лена Горностаева Лена Горностаева

Какую часть мужского тела Лена Горностаева считает самой сексуальной?

Playboy
«Звучит незнаемая лира…» «Звучит незнаемая лира…»

Кто такой Антиох Кантемир?

Знание – сила
Бизнес по-фанатски: как спортивные болельщики зарабатывают на своей популярности Бизнес по-фанатски: как спортивные болельщики зарабатывают на своей популярности

Кому удалось монетизировать свой нестандартный подход к поддержке на трибунах

Forbes
Прильнувшие стеблем… Прильнувшие стеблем…

Вьюнки и повои из семейства Вьюнковые — красивые и коварные одновременно

Наука и жизнь
Быть хорошей женой и выбраться из нищеты: как женщины попадают в наркобизнес Быть хорошей женой и выбраться из нищеты: как женщины попадают в наркобизнес

Разбираемся, какова роль женщин в наркобизнесе поневоле

Forbes
Правила расхламления. Что стоит выбросить в первую очередь Правила расхламления. Что стоит выбросить в первую очередь

О правилах расхламления, которые по-настоящему работают

Лиза
Верность навсегда: миф или реальность Верность навсегда: миф или реальность

Возможно ли сохранить любовь и верность на протяжении всей жизни?

Лиза
Булка из детства: какой хлеб пекли в СССР и чем полезна ностальгия Булка из детства: какой хлеб пекли в СССР и чем полезна ностальгия

До сих пор с ностальгическим вздохом вспоминаете хлеб, который продавали в СССР?

Psychologies
Как прожить горевание и вернуться к жизни: советы себе и окружающим Как прожить горевание и вернуться к жизни: советы себе и окружающим

О чем нам стоит знать, чтобы справиться с проживанием горя?

Psychologies
Если друг оказался вдруг... Если друг оказался вдруг...

Владельцы собак рассказали о диких советах от незнакомцев

Лиза
Феминизм нежного рода Феминизм нежного рода

Татьяна Антошина: перформативная керамика

Weekend
Сезон открытий Сезон открытий

Программа минимум в Астраханской области: Волга, вобла и арбузы

Лиза
Александр Чулок: «Ключевым показателем общества станет уровень счастья человека» Александр Чулок: «Ключевым показателем общества станет уровень счастья человека»

Что ждет человечество в 2050 году и какие тренды уже сейчас влияют на общество?

РБК
Сейчас разберемся (в себе) Сейчас разберемся (в себе)

Трансформационные игры – просто забава или способ изменить жизнь?

VOICE
Созвучное настроение Созвучное настроение

Цветовая и архитектурная образность Санкт-Петербурга в оформлении интерьера

Идеи Вашего Дома
Деньги есть? А если найду Деньги есть? А если найду

Где бизнесу взять инвестиции

FP. BusinessReview
7 экспериментов на детях, которые изменили систему воспитания 7 экспериментов на детях, которые изменили систему воспитания

Эксперименты, которые пролили свет на то, как работает детская психика

Psychologies
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
О моделировании искусственного мозга: «Ученые столкнутся с этическими проблемами» О моделировании искусственного мозга: «Ученые столкнутся с этическими проблемами»

О чем думает искусственно выращенный «мозг»?

ФедералПресс
Что такое секс-шантаж и что делать, если вы стали его жертвой Что такое секс-шантаж и что делать, если вы стали его жертвой

Секс-шантаж: кто становится жертвами мошенников чаще всего?

РБК
Воспоминания — и дом, и путь нашей жизни Воспоминания — и дом, и путь нашей жизни

Разговор с режиссером Рут Хоф и её мужем Гаем Сааром Русо

Seasons of life
Что такое режим отпуска в холодильнике и действительно ли он полезен? Что такое режим отпуска в холодильнике и действительно ли он полезен?

Как поступить с холодильником, если вы уезжаете на месяц из дома?

CHIP
Смерть в Венеции: почему «Киллер» — самый невзрачный фильм Дэвида Финчера (но его все равно стоит ждать) Смерть в Венеции: почему «Киллер» — самый невзрачный фильм Дэвида Финчера (но его все равно стоит ждать)

«Киллер» — технически совершенный, но удивительно монотонный фильм Финчера

Правила жизни
Карманные деньги: почему полезно давать детям и как это правильно делать Карманные деньги: почему полезно давать детям и как это правильно делать

Карманные деньги не замена заботы, а способ научить детей финансовой грамотности

РБК
Открыть в приложении