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

«Добрый» диктатор «Добрый» диктатор

Хрущёв искренне пытался улучшить жизнь народа. Но получилось... как всегда?

Дилетант
Практичный контемпорари Практичный контемпорари

Стильное пространство с интересными деталями

Идеи Вашего Дома
Охота Дантеса Охота Дантеса

Жорж Дантес — лихой офицер, планировавший себе блестящее будущее в России

Дилетант
«Риски существенно преувеличены» «Риски существенно преувеличены»

Торговый оборот России со странами Африки в 2022 году составил 18 млрд долларов

FP. BusinessReview
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

К концу XIX века мало кто сомневался, что ближайшие планеты населены

Наука и жизнь
«Трудно современному писателю, особенно русскому, быть покойным» «Трудно современному писателю, особенно русскому, быть покойным»

Иван Тургенев о том, как оставаться актуальным русским писателем даже вне России

Weekend
Окинавский пастушок Окинавский пастушок

Единственная нелетающая птица Японии — ямбару-куина, или окинавский пастушок

Наука и жизнь
Новые РеалИИ Новые РеалИИ

Российские продукты на базе искусственного интеллекта

ФедералПресс
Уберите свет! Почему глаза становятся гиперчувствительны к свету и как этого избежать Уберите свет! Почему глаза становятся гиперчувствительны к свету и как этого избежать

Что вызывает светобоязнь и как с ней справиться

Лиза
Домашний офис Домашний офис

Создаем интерьер для комфортной удаленки

Лиза
Загадка сексуальности: чем женское либидо отличается от мужского Загадка сексуальности: чем женское либидо отличается от мужского

Как жизненные изменения сказываются на нашем либидо?

Psychologies
«Не согласен, что мне достаются только расчетливые и холодные герои» «Не согласен, что мне достаются только расчетливые и холодные герои»

Вначале сентября у Павла Прилучного большая премьера

OK!
Без паники! Откуда берутся неврозы и как с ними справиться Без паники! Откуда берутся неврозы и как с ними справиться

Исследований невроза много, но ответы на главные вопросы не найдены до сих пор

Лиза
Ловушка интеллекта: как IT-гиганты обучают ИИ Ловушка интеллекта: как IT-гиганты обучают ИИ

«Красные команды» по искусственному интеллекту — кто они и зачем нужны?

Forbes
Магия вкуса Таджикистана Магия вкуса Таджикистана

Наши эксперты узнали рецепты, что пришли из глубины веков

Лиза
Дизайн Дизайн

Натуральные материалы, обтекаемые формы и живые растения

Robb Report
Ольга Медынич: «Вампиры на самом деле обитают среди нас» Ольга Медынич: «Вампиры на самом деле обитают среди нас»

«Когда соглашалась на эту роль, даже не думала, с чем столкнусь»

Караван историй
За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие) За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие)

Задачи, которые стояли перед «Луной-25», никуда не делись. Их придётся решать

Наука и жизнь
Осиная талия. Привычки питания, которые мешают тебе похудеть в талии Осиная талия. Привычки питания, которые мешают тебе похудеть в талии

Потеря веса – не всегда простая задача. А как похудеть в области талии?

Лиза
Три идеологии как одна мечта о счастье Три идеологии как одна мечта о счастье

Как либерализм, коммунизм и фашизм вошли в состав новейших утопий

Weekend
Глаза американских подростков пострадали от сигарет и вейпов Глаза американских подростков пострадали от сигарет и вейпов

У курильщиков чаще появлялись тяжелые офтальмологические симптомы

N+1
Мимо ехали евреи Мимо ехали евреи

«И ясно, что евреи виноваты, осталось только летопись найти»

Дилетант
Приданое, колдовство, ненависть: что такое фемицид и за что убивают женщин Приданое, колдовство, ненависть: что такое фемицид и за что убивают женщин

Фемицид: что это такое и как на убийства женщин реагирует общество?

Forbes
Первая и последняя кошка астронавт: история Фелисетт Первая и последняя кошка астронавт: история Фелисетт

Как одна бездомная кошка стала космонавтом

ТехИнсайдер
Если стирка не спасла: как избавиться от стойкого химического запаха новой одежды Если стирка не спасла: как избавиться от стойкого химического запаха новой одежды

Как в домашних условиях избавиться от резкого аромата новой одежды

ТехИнсайдер
10 фактов про Древний Рим, которые кажутся невероятными 10 фактов про Древний Рим, которые кажутся невероятными

На тот случай, если на этой неделе вы еще ни разу не думали про Римскую империю

Maxim
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
Тревожные люди Тревожные люди

Почему пропадают месячные, куда уходит либидо и как стресс влияет на зачатие

VOICE
Яркий джапанди Яркий джапанди

Скандинавский и восточный минимализм в интерьере квартиры в Казани

Идеи Вашего Дома
Тянет на сладкое Тянет на сладкое

3 неожиданных причины, почему вам так хочется сладкого, и что с этим делать

Лиза
Открыть в приложении