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
Зачем России квантовые компьютеры: «Так добьемся техносуверенитета» Зачем России квантовые компьютеры: «Так добьемся техносуверенитета»

Вопросы развития технологического суверенитета сейчас стоят особенно остро

ФедералПресс
Полет Гагарина Полет Гагарина

Как на самом деле проходил первый полет Гагарина в космос?

Знание – сила
Мобилизация-1914: эмоции россиян Мобилизация-1914: эмоции россиян

Кто определяет «национальные интересы»?

Дилетант
Неизведанный Байкал Неизведанный Байкал

Факты о Байкале, которые мало кто знает

Наука и жизнь
Бережный уход Бережный уход

Как построить маршрут к новому, идеальному месту работы?

Добрые советы
История болезни: двойная мораль История болезни: двойная мораль

Коммунистические вожди не доверяли своё здоровье отечественным медикам

Дилетант
«Я выбираю показывать свое тело»: история модели Люси Билл, на коже которой постоянно появляются волдыри «Я выбираю показывать свое тело»: история модели Люси Билл, на коже которой постоянно появляются волдыри

Буллезный эпидермолиз — заболевание, которым страдает модель Люси Билл

VOICE
Что знали о будущем и чего ждали от него в Средневековье Что знали о будущем и чего ждали от него в Средневековье

Будущее и Средневековье: кометы, предзнаменования и шедевр романской живописи

РБК
Путь воды Путь воды

Как цифровизация помогает развивать российское ЖКХ

РБК
Танец — это голос: как первые российские фильмы изображали эмансипированных женщин Танец — это голос: как первые российские фильмы изображали эмансипированных женщин

Глава из книги «Изображая женственность» — об артистках в раннем русском кино

Forbes
Куда приводит любовь Куда приводит любовь

Алексей Еремчук — как его увлечение электромобилями стало бизнесом

Robb Report
Детка, ты просто космос Детка, ты просто космос

Валери Зоидова о первой потерянной любви и несогласии со Скарлетт О'Харой

VOICE
Золотой Плёс Золотой Плёс

Приехать в Плес и не влюбиться в него невозможно!

Лиза
Самые необычные политические партии мира Самые необычные политические партии мира

Самые странные политические партии в мире и их программы

Maxim
Как у некоторых людей работает фантазия: интересные факты и исследование! Как у некоторых людей работает фантазия: интересные факты и исследование!

Способности визуализации у людей варьируются от "гиперфантазии" до "афантазии"

ТехИнсайдер
Кто Вы, княгиня Эльга? Кто Вы, княгиня Эльга?

Отрывок из готовящейся к печати книги «Киев — Москва. Расхождение»

Дилетант
Нейросети, Арктика и косатки: 7 отличных научных фильмов Нейросети, Арктика и косатки: 7 отличных научных фильмов

Актуальное научное кино на разные темы: от изучения космоса до жизни насекомых

Правила жизни
Были и небылицы Были и небылицы

История — это то, чего не происходило, описанное тем, кто никогда там не был

Дилетант
Ида Галич и Олег Горчанин Ида Галич и Олег Горчанин

Кажется, профсоюз Иды Галич и Олега Горчанина подарил нам эффектный мейковер

Собака.ru
Любовь, обиды, травмы и панк-рок: семь фильмов об отношениях матери и дочери Любовь, обиды, травмы и панк-рок: семь фильмов об отношениях матери и дочери

Фильмы, в которых отношения между матерью и дочерью принимают самую разную форму

Forbes
Темные миры Темные миры

Таинственные тоннели, подземные водоемы, удивительной красоты сталактиты

Вокруг света
Фокусы престолов Фокусы престолов

«Зимний король»: артуровские легенды в формате «как оно было на самом деле»

Weekend
Абонент недоступен. О фильме «Звонок» — великой классике хорроров Абонент недоступен. О фильме «Звонок» — великой классике хорроров

Как хоррор «Звонок» отражает социальные страхи и кризисы японского общества

СНОБ
Гастрит и гены Гастрит и гены

Что такое гастрит и почему он возникает у такого огромного количества людей?

Лиза
Несработавшее противоядие Несработавшее противоядие

Как русская императрица проиграла заочную литературную дуэль французскому аббату

Weekend
Осторожно: псевдопсихолог! Осторожно: псевдопсихолог!

Выдуманные заболевания, которые могут тебе приписать

Лиза
Время доставки Время доставки

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

VOICE
Политическое крещение Политическое крещение

Что побудило закоренелого язычника и развратника перейти в христианскую веру?

Дилетант
Что можно найти на дне Байкала: дома и поезда Что можно найти на дне Байкала: дома и поезда

Как сейчас выглядит дно самого глубокого озера на планете?

ФедералПресс
Открыть в приложении