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

От мала до велика От мала до велика

Исполины и карлики среди одноклеточных и растений

Наука и жизнь
Сила и мысли Сила и мысли

Чувство мышцы помогает ее растить. Однако есть нюансы

Men Today
Мобилизация по-екатеринински Мобилизация по-екатеринински

Как беспрецедентный рекрутский набор помог России в войне с Турцией

Дилетант
Как избавиться от одиночества и как с ним справиться Как избавиться от одиночества и как с ним справиться

Почему общительные люди тоже ощущают одиночество?

Psychologies
Книжная Маргарита Книжная Маргарита

Александр Дюма — мастер жонглирования событиями прошлых лет

Дилетант
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
Решающие битвы или мелкие стычки? Решающие битвы или мелкие стычки?

Что нам известно о сражениях Александра Невского по документам и летописям

Дилетант
Вокзал как искусство Вокзал как искусство

Вокзал Владивостока – не просто вокзал, а настоящий памятник русского зодчества

Отдых в России
Куда пропала правобережная мурома Куда пропала правобережная мурома

Находки с правого берега Оки позволили по-новому взглянуть на мурому

Наука
«Песни ни о чем? Российская поп-музыка на рубеже эпох: 1980-1990-е» «Песни ни о чем? Российская поп-музыка на рубеже эпох: 1980-1990-е»

Какими были музыкальные видеоклипы 1990-х

N+1
Стандарты общения Стандарты общения

Как компаниям выстроить коммуникацию с аудиторией

Деньги
Манипуляция в отношениях: как эмоции делают нас жертвами Манипуляция в отношениях: как эмоции делают нас жертвами

Как наши эмоции делают нас жертвами манипуляции и что можно с этим сделать

Psychologies
«Рынок серьезно изменился, прежние правила игры уже не актуальны» «Рынок серьезно изменился, прежние правила игры уже не актуальны»

СЕО банка «Точка» Андрей Завадских об адаптации банков к запросам рынка

Деньги
Гастрит и гены Гастрит и гены

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

Лиза
Круче, чем в балете Круче, чем в балете

Чем полезны приседания плие (и как их правильно выполнять)

Лиза
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
Экономика Оренбургской области: от «сырьевого региона» к устойчивому развитию Экономика Оренбургской области: от «сырьевого региона» к устойчивому развитию

Чем было Оренбуржье за годы своего развития?

ФедералПресс
Легкой поступью Легкой поступью

Если болит стопа при ходьбе: 6 главных причин и лечение

Лиза
Королева британского соула: как Эми Уайнхаус изменила музыку, отдав ей свою жизнь Королева британского соула: как Эми Уайнхаус изменила музыку, отдав ей свою жизнь

Какой была жизнь Эми Уайнхаус и как она изменила музыку

Forbes
Красота без изъяна. Как сохранить здоровье груди и не дать мастопатии перерасти в рак Красота без изъяна. Как сохранить здоровье груди и не дать мастопатии перерасти в рак

Большинство женщин, у которых диагностирована мастопатия, находятся в зоне риска

Лиза
Секрет фирмы Секрет фирмы

Раздаем полезные советы по менеджменту (бесплатно)

Лиза
Наука в России: «Открываются очень большие перспективы» Наука в России: «Открываются очень большие перспективы»

Как достигнуть научного и технологического суверенитета в стране?

ФедералПресс
Обман мнениями: нейросети способны незаметно менять точку зрения пользователей Обман мнениями: нейросети способны незаметно менять точку зрения пользователей

Умные помощники способны незаметно менять мышление пользователя

ФедералПресс
Импульсивный инвестор Импульсивный инвестор

Как уроженец Шанхая стал легендарным американским финансистом

Деньги
Ида Галич и Олег Горчанин Ида Галич и Олег Горчанин

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

Собака.ru
«Депп против Херд»: как соцсети стали главным судьей в деле двух голливудских актеров «Депп против Херд»: как соцсети стали главным судьей в деле двух голливудских актеров

Почему публичное разбирательство двух звезд превратилось в культурный феномен

Forbes
Алан Тьюринг Алан Тьюринг

Правила жизни математика, логика, криптографа Алана Тьюринга

Правила жизни
«Боевое НЛП»: как понять, что вас вербуют «Боевое НЛП»: как понять, что вас вербуют

Как распознать методы боевого НЛП

Psychologies
Птичий нюх Птичий нюх

С обонянием птицам не повезло — во всяком случае, так очень долго думали

Наука и жизнь
«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
Открыть в приложении