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

11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Новости медицины Новости медицины

Умный браслет-будильник, связь здоровья зубов с мозгом и укачивание в дороге

Лиза
Гены, бактерии и… эволюция Гены, бактерии и… эволюция

Интервью с Петром Сергиевым об исследовании генов

Наука и жизнь
Она раскрыла убийства: лучшие современные сериалы о женщинах-детективах Она раскрыла убийства: лучшие современные сериалы о женщинах-детективах

Исследуем образ героини, которая ищет преступников в современных сериалах

Forbes
Из помазанников Божьих в святые мученики Из помазанников Божьих в святые мученики

Расстрел царской семьи — едва ли не самый хорошо исследованный сюжет

Дилетант
Цугцванг: как выбраться из тупика. Советы психологов Цугцванг: как выбраться из тупика. Советы психологов

Цугцванг в жизни: что делать, когда задуманное не совпадает с реальностью

РБК
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Атака шаблонов: самые избитые приемы и ходы в фильмах разных жанров Атака шаблонов: самые избитые приемы и ходы в фильмах разных жанров

Эти сцены вы видели в тысячи разных фильмов — и все они одинаковые

Maxim
Сплю и худею Сплю и худею

11 привычек, которые помогают сбрасывать вес даже ночью

Лиза
В офис в тапочках В офис в тапочках

7 лучших профессий для удаленной работы

Лиза
Тянет на сладкое Тянет на сладкое

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

Лиза
«Большинство и не хочет работать» «Большинство и не хочет работать»

Андрея Курпатова считают техноскептиком, но сейчас он работает над созданием ИИ

Правила жизни
Что произойдет с вашим телом, если отказаться от молока: поразительно! Что произойдет с вашим телом, если отказаться от молока: поразительно!

Исключение молока из рациона может иметь интересные последствия для организма

ТехИнсайдер
Принцессы княжества Торн: монахини или амазонки? Принцессы княжества Торн: монахини или амазонки?

В германских землях находилось маленькое царство, где правили только женщины

Знание – сила
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
Врастание машин Врастание машин

«Конец индивидуума»: чем нам на самом деле грозит искусственный интеллект

Weekend
Женщины смотрят: что такое «женский взгляд» в кино Женщины смотрят: что такое «женский взгляд» в кино

Female gaze: что это такое и какие фильмы могут нас с этим понятием познакомить?

Правила жизни
От игры в Го до осознания себя: изменит ли искусственный разум мир людей От игры в Го до осознания себя: изменит ли искусственный разум мир людей

Футуролог и писатель Сергей Переслегин о перспективах ИИ

ФедералПресс
Сибирский вайб: 5 перспективных молодых артистов из северного региона Сибирский вайб: 5 перспективных молодых артистов из северного региона

Фрэшмены из Сибири, имеющие все шансы стать звездами

Maxim
ЛПХ-зависимый агро ЛПХ-зависимый агро

77% сельхозпродукции в Забайкальском крае приходится на хозяйства населения

Агроинвестор
Хоррор дожития Хоррор дожития

Как Джордж А. Ромеро напугал стариками борцов с эйджизмом

Weekend
Цифровые грязи Цифровые грязи

Куда завезут нас электрические внедорожники

Автопилот
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
Сезон засухи: почему кожа становится обезвоженной и как вернуть ей здоровье Сезон засухи: почему кожа становится обезвоженной и как вернуть ей здоровье

Что делать, если коже не хватает влаги

Forbes
Правила расхламления. Что стоит выбросить в первую очередь Правила расхламления. Что стоит выбросить в первую очередь

О правилах расхламления, которые по-настоящему работают

Лиза
Экономика и крупнейшие предприятия Экономика и крупнейшие предприятия

Самые крупные и значимые предприятия Чувашии

ФедералПресс
«Любая эволюция предполагает несовершенства. Это естественно» «Любая эволюция предполагает несовершенства. Это естественно»

Михаил Гельфанд — о лжеученых и своей собственной научной работе

Наука
«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
«Каждая кредитная сделка — вклад в развитие экономики региона» «Каждая кредитная сделка — вклад в развитие экономики региона»

Как малый и средний бизнес занимает новые ниши экономики

Деньги
Как размножаются математики Как размножаются математики

Каждый путь математика к звездам проходит через тернии

Знание – сила
Открыть в приложении