Глаза по устройству сродни фотоаппарату, но техника за природой не угнаться

Наука и жизньНаука

Мир разными глазами

Кандидаты биологических наук Римма Сейфулина и Сергей Пирутин, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Посмотрите, какой огромный зрачок у совы сплюшки (Otus scops), — и это при дневном свете, когда он сужен. В сумерках же зрачок раскрывается на весь глаз, максимально увеличивая поток света. Сами глаза неподвижны, поворачивает их сова только вместе со всей головой. Зато их взаимное расположение обеспечивает несвойственное птицам объёмное зрение.

Говорят, глаза — зеркало души. Не знаем, как внутренний, но внешний мир они определённо отражают. Глаз по своему принципиальному устройству сродни фотоаппарату, только гораздо сложнее — технике за природой всё-таки не угнаться.

Зрение, или в широком смысле светочувствительность, исправно служит всему живому с незапамятных времён. В самых простых формах зрение есть даже у бактерий, в клетках которых имеются светочувствительные пигменты. Для чего?

Фотосинтезирующие микроорганизмы, чья жизнедеятельность всецело зависит от света, должны уметь двигаться в его сторону. Значит, им нужно приспособление, чтобы «замерять» освещение. В клетках одноклеточных простейших для этого есть особый глазок. К примеру, у простейшего эвглены (Euglena spp.) он красный и служит всего лишь шторкой. Непосредственно на свет реагирует синий пигмент флавин, располагающийся в основании двигательного жгутика и затенённый шторкой. Положение при наименьшем его затенении соответствует движению в сторону света. Красный цвет глазку, как и морковке, придают каротиноиды, но воспринимает клетка только сине-фиолетовые лучи спектра.

Продольная форма зрачка соответствует растянутой зоне наилучшего видения. Очевидно, почему он таков у коз. Копытным важно более или менее чётко воспринимать всю линию горизонта сразу.

Разнообразные пигментные пятна или ямки, ощущающие свет, есть у слизистых грибов, червей, иглокожих, а также у наипростейшего рыбообразного животного — ланцетника. Даже достаточно крупные и зрячие беспозвоночные, такие как кальмары и осьминоги, не обходятся без подобных приспособлений. Отдельные чувствительные к свету клетки разбросаны у них по всей коже. Но для предметного зрения нужны глаза.

Если пигментное пятно можно сравнить с фотопластинкой, то глаз — это уже целый фотоаппарат. В глазу есть все полагающиеся фотокамере элементы: и линзы со своей системой наведения резкости, и шторка-диафрагма для регулирования светового потока. Изображение попадает на реагирующую на свет «фотопластинку» и по нерву-кабелю отсылается в «центральный процессор» для обработки. То есть фотокамера ещё и цифровая. А теперь расшифруем. Наружной линзой служит прозрачная поверхность роговицы — передней части глазного яблока. Непосредственно за ней расположена цветная радужка с отверстием-зрачком, которое, сужаясь и расширяясь, регулирует идущий внутрь световой пучок. Прозрачный двояковыпуклый хрусталик работает как внутренняя линза. Сетчатка, светочувствительный слой, находится на дне глазного яблока. Она заполнена особыми клетками-рецепторами, содержащими зрительный пигмент, настроенный на восприятие определённого цвета.

Схема строения органа зрения. 1 — склера; 2 — роговица; 3 — хрусталик; 4 — радужная оболочка со зрачком; 5 — ресничная мышца; 6 — сосудистая оболочка; 7 — стекловидное тело; 8 — сетчатка с палочками и колбочками; 9 — зрительный нерв.

Под действием света в фоторецепторах происходит быстрое и обратимое изменение пигмента, запускающее нервное возбуждение. Клетки эти имеют разную чувствительность к свету. Те из них, которые содержат зрительный пурпур (родопсин) — палочки, — реагируют даже на малейший лучик и потому задействуются при ночном зрении, по определению чёрно-белом. Но при нормальном освещении они лучше всего поглощают сине-зелёные лучи и отвечают за восприятие этой части спектра. Другие рецепторы, называемые колбочками, содержат сразу несколько пигментов и при полном исходном наборе реагируют на все цвета радуги, включая ультрафиолет. Такое зрение присуще, в частности, птицам и рептилиям, имеющим все четыре типа колбочек (так называемая тетрахроматия). На запуск цветных фоторецепторов требуется в 100 раз большая сила света, чем достаточно палочкам. Поэтому предки современных млекопитающих, будучи ночными животными, утратили два типа колбочек из четырёх и большинство зверей — дихроматы, особо чувствительные к коротким и средним волнам спектра. Однако приматы в ходе своей эволюции «вернули» третий тип колбочек, добавив длинноволновую часть спектра.

Зрительные рецепторы и передающие сигнал нервные клетки располагаются неравномерно. Там, где их больше всего, возникает самое чёткое и детализированное изображение, определяющее остроту зрения в целом. Эта зона мала и имеет свои величину, форму и местоположение у разных животных. Именно от этого зависит, какая часть картинки в неподвижном глазу будет резкой. Мы, например, видим чётко только точку, на которую непосредственно устремлён взор. Остальное, попавшее в поле так называемого бокового зрения, воспринимается нечётко. Вот отчего наш взгляд не стоит на месте, а постоянно скользит, ощупывая пространство перед глазами. Но будь по-другому, мозг захлебнулся бы в потоке информации.

Розовый фламинго (Phoenicopterus roseus). Птицы видят мир много ярче, чем мы. Они различают больше оттенков, включая ультрафиолет, и могут видеть на своём оперении яркие метки, совершенно ускользающие от человеческого взора. А всё потому, что глаз птицы содержит максимальное число типов цветных фоторецепторов (колбочек), а именно — четыре.

Зона наилучшего видения человека и обезьян находится в самом центре сетчатки и представляет собой округлое пятно диаметром в полтора градуса, то есть 1/240 поля зрения. У хищных зверей из одноимённого отряда она раз в десять больше, но даёт меньшую чёткость. В сетчатке помимо такого центрального поля может присутствовать и растянутая в стороны зрительная полоса. За счёт неё копытные более или менее резко видят всю линию горизонта сразу и способны оценить обстановку с первого же взгляда. Такая особенность вообще свойственна животным открытых пространств.

Неоднородность зрительного поля — это защита мозга от перегрузки. При равномерно высокой плотности нервных клеток поток импульсов в мозг был бы в сотни раз больше. При этом чем меньше фоторецепторов связано с одной нервной клеткой, тем точнее передаётся в мозг зрительная информация и тем чётче изображение. Но чем больше рецепторов имеет в своём распоряжении нервная клетка, тем лучше будет картинка при плохом освещении (в первом случае она получится сильно «дырявой»). Поэтому у ночных животных на «одном проводе» сидит в 50 раз больше чувствительных элементов, чем у дневных.

Рыбки илистые прыгуны (в данном случае Periophthalmus sp.) ведут земноводный образ жизни, и хорошо видеть на суше для них даже важнее, чем в воде. Достигается это нестандартной асимметричной формой хрусталика. И они едва ли не единственные рыбы, умеющие моргать.

Для того чтобы рассматриваемый объект выглядел резким, его изображение должно попасть точно на клетки-рецепторы. Другими словами, входящие лучи нужно сфокусировать, то есть свести вместе на сетчатке. Как же это происходит? Первая хитрость состоит в том, что лучи преломляются, попадая из воздуха в воду. Ведь передняя часть глазного яблока заполнена водянистой жидкостью. А за точную наводку на резкость отвечает хрусталик.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Жизнь без еды Жизнь без еды

Среди насекомых есть виды, которые во взрослом состоянии не питаются вовсе

Наука и жизнь
Лептин: что это за гормон и почему он мешает похудеть Лептин: что это за гормон и почему он мешает похудеть

Почему для одних схема меньше есть, больше двигаться работает, а для других нет?

Psychologies
Сырые земли Сырые земли

Почему важно изучать водно-болотные угодья, или ветланды?

Наука и жизнь
10 ошибок, которые все совершают, пользуясь микрофиброй: что делать, чтобы она отмывала всё до идеальной чистоты 10 ошибок, которые все совершают, пользуясь микрофиброй: что делать, чтобы она отмывала всё до идеальной чистоты

Да, ты можешь совершать ошибки при использовании микрофибры

VOICE
Пока живу — эволюционирую Пока живу — эволюционирую

Может ли эволюционировать организм, все гены которого необходимы для жизни?

Знание – сила
Большую языковую модель встроили в шрифт Большую языковую модель встроили в шрифт

Разработчик из Дании создал файл шрифта, который одновременно является LLM

N+1
Мастера маскировки Мастера маскировки

Козодои, вертишейки и гага: обычные птицы, которых так сложно найти в лесу

Наука и жизнь
Что такое DSG и как работает эта коробка передач Что такое DSG и как работает эта коробка передач

Все о DSG: что это такое, как работает, виды, плюсы и минусы

РБК
7 способов повесить шторы, не просверлив ни одной дырки 7 способов повесить шторы, не просверлив ни одной дырки

Какие существуют способы повесить шторы без сверления

VOICE
Премиальная водка — реальность или обман? Премиальная водка — реальность или обман?

Дорогая водка — для тех, кому некуда девать деньги, или классный напиток?

Maxim
Интервью бывшей жены Бишимбаева: 25 фактов о жизни и расставании с абьюзером Интервью бывшей жены Бишимбаева: 25 фактов о жизни и расставании с абьюзером

Красные флаги, которые иллюстрируют поведение абьюзера

Psychologies
«Замри!»: 6 способов вывести себя из оцепенения в стрессе «Замри!»: 6 способов вывести себя из оцепенения в стрессе

Как бороться с эмоциональным напряжением?

Psychologies
Чудеса Дагестана Чудеса Дагестана

В последние годы Дагестан стал настоящей меккой для туристов

Отдых в России
Трампистская маскулинность Трампистская маскулинность

«Мужчина в полный рост»: спорная экранизация Тома Вулфа

Weekend
Как Анджелина Джоли прошла путь от драматических ролей до феминистских сказок Как Анджелина Джоли прошла путь от драматических ролей до феминистских сказок

Творческий путь Анджелины Джоли: от саморазрушения до благотворительных проектов

Forbes
В духе Кандинского В духе Кандинского

Квартира-путешествие в стиле живописи Василия Кандинского

Идеи Вашего Дома
Боль в пятке Боль в пятке

Что такое пяточная шпора? Можно ли её вылечить?

Здоровье
Просто добавь ИИ Просто добавь ИИ

Как используют ИИ в маркетинге — главные тренды

СНОБ
Надежда Васильева Надежда Васильева

Художник по костюмам Надежда Васильева одела все главные сказки этого года

Собака.ru
За озарением в Петербург За озарением в Петербург

Современная однокомнатная квартира с необычным интерьером

Идеи Вашего Дома
Михаил Горевой: «Я прожил, как кошка, девять жизней» Михаил Горевой: «Я прожил, как кошка, девять жизней»

«Кино это как какой-то наркотик, который вызывает ломку»

Коллекция. Караван историй
Мир принял научный «Вызов» Мир принял научный «Вызов»

Национальная премия в области будущих технологий преодолевает границы

Деньги
10 цитат Александра Пушкина, которые вы можете услышать из уст современных психологов 10 цитат Александра Пушкина, которые вы можете услышать из уст современных психологов

Многие строчки из произведений русского поэта стали крылатыми фразами

Psychologies
Как пользоваться динамометрическим ключом: разбираемся в типах и отличиях Как пользоваться динамометрическим ключом: разбираемся в типах и отличиях

Все о динамометрическом ключе: какие виды бывают и как пользоваться

РБК
Спад электропроводности Спад электропроводности

Мировая электромобильная революция откладывается

Деньги
Тест-драйв Hongqi H5 New: сможет ли «Красное знамя» заменить «Трехлучевую звезду» Тест-драйв Hongqi H5 New: сможет ли «Красное знамя» заменить «Трехлучевую звезду»

Сможет ли китайский Hongqi H5 New стать аналогом Mercedes-Benz E-класса?

СНОБ
Фитотерапия. Не всё так однозначно! Фитотерапия. Не всё так однозначно!

Почему не стоит слепо следовать рецептам прабабушек?

Здоровье
Экономике Дальнего Востока нужны роботы Экономике Дальнего Востока нужны роботы

Новая роль Дальнего Востока в преобразовании цепей поставок

ФедералПресс
Найти опору в трудные времена: 5 буддийских истин от Далай-ламы Найти опору в трудные времена: 5 буддийских истин от Далай-ламы

Чтобы обрести равновесие, следует обратиться к принципам буддийской философии

Psychologies
История любви История любви

Ребенок влюбился: как правильно вести себя в такой ситуации?

Лиза
Открыть в приложении