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
«Солнечные космические лучи — моя любовь…» «Солнечные космические лучи — моя любовь…»

Галина Базилевская об исследованиях физики Солнца и космических лучей

Наука и жизнь
Глава 1: Москва Глава 1: Москва

Ты говорил, город – сила. А здесь слабые все

Esquire
Есть варианты. 10 альтернатив прикроватной тумбочке для маленькой спальни Есть варианты. 10 альтернатив прикроватной тумбочке для маленькой спальни

Прикроватная тумбочка нужна в каждой спальне. Но чем ее можно заменить?

Лиза
Даниил Галицкий, изворотливый король Даниил Галицкий, изворотливый король

В Галицко-Волынском княжестве монголы впервые не смогли взять одну из крепостей

Дилетант
Трехмерные художники Трехмерные художники

Почему не «выстрелили» программы для рисования в трех измерениях?

ТехИнсайдер
Против империи Против империи

Имам Шамиль — лидер, благодаря которому жил Северо-Кавказский имамат

Дилетант
Семь необычных причин головной боли Семь необычных причин головной боли

Как самим определить «нестандартные» причины возникновения головной боли?

Здоровье
Как в оранжерее Как в оранжерее

Лучшая гарантия здорового роста комнатных растений – своевременный уход

Лиза
Любимец нации Любимец нации

Заметки по случаю дня рождения Остапа Сулеймана Берта-Мария Бендер-бея

Знание – сила
С видом на будущее С видом на будущее

Большая уютная квартира для семьи из трех поколений

SALON-Interior
Детка, ты просто космос Детка, ты просто космос

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

VOICE
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
Создатель андроида Fedor: «Робот станет ассистентом» Создатель андроида Fedor: «Робот станет ассистентом»

Какие технологические прорывы нас ждут в области робототехники?

ФедералПресс
Больше света Больше света

Как управлять люминесценцией?

Наука
10 современных российских художников, за которыми стоит следить 10 современных российских художников, за которыми стоит следить

Российское современное искусство: на кого обратить внимание?

Правила жизни
Почему у пожилых людей уменьшается рост? Почему у пожилых людей уменьшается рост?

Что такое остеопороз и как он влияет на рост пожилых людей?

ТехИнсайдер
Десерт антипода Десерт антипода

Для любого австралийца сладким символом его страны будет пирожное ламингтон

Вокруг света
Самые необычные политические партии мира Самые необычные политические партии мира

Самые странные политические партии в мире и их программы

Maxim
РОП неотвратимый: как алюминий поможет очистить природу РОП неотвратимый: как алюминий поможет очистить природу

Разбираемся в понятии расширенная ответственность производителя

ФедералПресс
Что такое пранаяма и в чем ее польза Что такое пранаяма и в чем ее польза

Как пранаяма может улучшить ваше физическое и ментальное здоровье

РБК
Собирание земель русских Собирание земель русских

Кто поверит, что на месте Уральских гор когда-то плескался океан?

Вокруг света
Амбассадор Арктики о поездке на мыс Челюскин: «Мы чудом успели выехать» Амбассадор Арктики о поездке на мыс Челюскин: «Мы чудом успели выехать»

Путешественник Алексей Жирухин о своем самом экстремальном путешествии

ФедералПресс
За последние 40 лет вокруг Китая стало в восемь раз больше бедных кислородом вод За последние 40 лет вокруг Китая стало в восемь раз больше бедных кислородом вод

Почему есть высокие риски утраты биоразнообразия для местных морских экосистем

N+1
Как малому бизнесу начать работать с госкомпаниями и избежать «ошибок новичка»: гайд от Корпорации МСП Как малому бизнесу начать работать с госкомпаниями и избежать «ошибок новичка»: гайд от Корпорации МСП

Как МСП ориентироваться в мире тендеров и выигрывать крупные госзаказы?

Inc.
Эта привычка может спасти жизнь в путешествии: делай это каждый час, как рекомендуют врачи Эта привычка может спасти жизнь в путешествии: делай это каждый час, как рекомендуют врачи

Обязательно делай это, если едешь в автомобиле на большое расстояние

VOICE
Клин с клином Клин с клином

Клинопись – древнейшая известная человечеству система письма

Вокруг света
Vigilante Cherokee S 77. Мечта фанатов Jeep Vigilante Cherokee S 77. Мечта фанатов Jeep

Этот рестомод от Vigilante 4х4 находиться на вершине пьедестала

4x4 Club
Фильмы и сериалы, снятые в Петербурге и окрестностях: от «Замаячного» до «Серебряных коньков» Фильмы и сериалы, снятые в Петербурге и окрестностях: от «Замаячного» до «Серебряных коньков»

Питер и Ленинградская область на глазах превращаются в российский Голливуд

Maxim
А где кубики? А где кубики?

9 мифов о прессе, из-за которых он вряд ли станет идеальным

Лиза
Открыть в приложении