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
«Мы строим новую экономику»: Игнат Петухов о развитии Оренбуржья «Мы строим новую экономику»: Игнат Петухов о развитии Оренбуржья

Оренбургская область из «аутсайдеров» вырывается в «динамично развивающиеся»

ФедералПресс
Философ в российском МИДе Философ в российском МИДе

«Разглядывание карты не всегда приводит к верным политическим выводам»

Дилетант
Ольга Бычкова: «В ближайшие десятилетия должна произойти пересборка всего научного мира» Ольга Бычкова: «В ближайшие десятилетия должна произойти пересборка всего научного мира»

Как технологии меняют человека и природу вокруг него

РБК
Верные слуги короля Верные слуги короля

С XVII века королевские мушкетёры стали привилегированными войсками

Дилетант
Спасти мир от самого себя Спасти мир от самого себя

Непростая история одного из создателей атомной бомбы

Наука
Невымирающий вид Невымирающий вид

Lada Niva Travel – уже не пирожок, но все еще Niva

Популярная механика
Нейросоцсеть Нейросоцсеть

Разговор с креативным директором LOOKY Артемом Коноваловым

ТехИнсайдер
Дизайнерский бутик Дизайнерский бутик

Владимир Пирожков, наверное, самый известный российский промышленный дизайнер

ТехИнсайдер
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
Выход через развалины Выход через развалины

Как «бумажная архитектура» пыталась вырваться из утопии

Weekend
Музыкальная пауза: как Тупак Шакур воспел Западное побережье в California Love Музыкальная пауза: как Тупак Шакур воспел Западное побережье в California Love

Как Тупак Шакур записал один из главных хитов в карьере — California Love

Правила жизни
Как сохранить романтику в браке: 4 секрета счастливых пар Как сохранить романтику в браке: 4 секрета счастливых пар

Как пронести любовь и увлеченность друг другом через житейские бури и рутину?

Psychologies
На языке оригинала: почему канадские и австралийские сериалы стали такими популярными На языке оригинала: почему канадские и австралийские сериалы стали такими популярными

На какие проекты из Австралии и Канады стоит обратить внимание

Forbes
Смог, потребность в айтишниках и драки «район на район»: коротко о жизни в Папуа-Новой Гвинее Смог, потребность в айтишниках и драки «район на район»: коротко о жизни в Папуа-Новой Гвинее

Как живут люди на юго-западе Тихого океана?

VC.RU
Микроорганизмы разогрели Землю во время ледникового периода 300 миллионов лет назад Микроорганизмы разогрели Землю во время ледникового периода 300 миллионов лет назад

Быстрое потепление 304 млн лет назад произошло из-за большого количества метана

ТехИнсайдер
Почти сорокалетняя Toyota Land Cruiser 70-й серии выйдет с обновлённым дизайном и новым турбодизелем Почти сорокалетняя Toyota Land Cruiser 70-й серии выйдет с обновлённым дизайном и новым турбодизелем

Четвёртый рестайлинг классической 70-й серии, который возвращается в Японию

4x4 Club
Средняя скорость и новая разметка: что придумали для водителей в августе Средняя скорость и новая разметка: что придумали для водителей в августе

На дороги наносят новую разметку, камеры фиксируют необычное нарушение ПДД

РБК
Почему медиаспорт в России стал популярным Почему медиаспорт в России стал популярным

В России активно развивается медиаспорт — непрофессиональные соревнования

СНОБ
Ещё раз о Вагнере… Ещё раз о Вагнере…

Творчество Вагнера у одних вызывает восторг, у других неприятие

Дилетант
В мозге людей с избыточным весом изменен «центр управления аппетитом» В мозге людей с избыточным весом изменен «центр управления аппетитом»

У людей с ожирением меняется гипоталамус

ТехИнсайдер
Самые глубокие цитаты великих писателей о пьянстве Самые глубокие цитаты великих писателей о пьянстве

Многие великие литераторы знали толк в процессе употребления алкоголя

Maxim
Главное — баланс Главное — баланс

Составление винной карты — творческий процесс

Bones
Солнечная энергетика: смещение к югу Солнечная энергетика: смещение к югу

Какое место занимает сейчас солнечная энергетика в структуре мировой энергетики?

Наука и жизнь
«Лучше промолчу»: почему не стоит избегать конфликтов в отношениях «Лучше промолчу»: почему не стоит избегать конфликтов в отношениях

К чему приводит избегание ссор и как надо ругаться, чтобы все не разрушить

Psychologies
Секс с нарциссом: 5 особенностей, которые важно знать Секс с нарциссом: 5 особенностей, которые важно знать

Как понять, что вы попали в ловушку отношений именно с нарциссом?

Psychologies
Корень резуховидки отличил верх от низа благодаря белку LAZY Корень резуховидки отличил верх от низа благодаря белку LAZY

Японские ученые отследили механизм работы белков семейства LAZY

N+1
Повод для праздника: как в обществе меняется отношение к разводам Повод для праздника: как в обществе меняется отношение к разводам

Как менялось отношение к расторжению брака и как его воспринимают сейчас

Forbes
«Он тебе не пара» «Он тебе не пара»

Что делать, если семья не одобряет твой выбор партнера

Лиза
Всегда в движении Всегда в движении

Физическая активность имеет множество преимуществ для здоровья

Лиза
Открыть в приложении