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

Корея против Кореи Корея против Кореи

Эту войну называют «забытой». В Советском Союзе о ней мало писали и говорили

Дилетант
Яхты Яхты

Новая философия жизни на борту за счёт смелых технических решений

Robb Report
Толстые Толстые

Известный графский род Толстых не нуждается в представлении

Дилетант
Просто бизнес Просто бизнес

Как продвигать национальные бренды и почему параллельный импорт — рискованно

FP. BusinessReview
Между всех огней Между всех огней

Период Директории УНР — важнейший этап в истории украинской нации

Дилетант
И был день седьмой И был день седьмой

Хала — это ДНК любви, и вот как её расшифровать

Seasons of life
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

К концу XIX века мало кто сомневался, что ближайшие планеты населены

Наука и жизнь
Юра про рок Юра про рок

Юрий Музыченко — о прелестях раннего брака и о том, как зажигать людей

Men Today
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 и крупнейшие предприятия Экономика и крупнейшие предприятия

Самые крупные и значимые предприятия Чувашии

ФедералПресс
Дарья Златопольская: «Любовь — это улица с односторонним движением» Дарья Златопольская: «Любовь — это улица с односторонним движением»

Я работаю с детьми, очень за них переживаю и всегда пытаюсь включаться

Коллекция. Караван историй
Искусственный разум и проблемы жизни Искусственный разум и проблемы жизни

Как должны складываться отношения искусственного разума и его создателя?

Правила жизни
Куда пропала правобережная мурома Куда пропала правобережная мурома

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

Наука
Made in China Made in China

Как развивался китайский автопром

Men Today
Изобрели велосипед: как два брата из Ярославля покоряют водный мир Изобрели велосипед: как два брата из Ярославля покоряют водный мир

Почему братья Лукьяновы решили бросить вызов водной стихии

Forbes
Главные фильмы Венеции-2023: экстраординарный Лантимос, новая Коппола и фильмы про киллеров Главные фильмы Венеции-2023: экстраординарный Лантимос, новая Коппола и фильмы про киллеров

На какие фильмы 80-ого кинофестиваля в Венеции следует обратить внимание?

Правила жизни
Семь необычных причин головной боли Семь необычных причин головной боли

Как самим определить «нестандартные» причины возникновения головной боли?

Здоровье
«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
Механические дрожки уральского мастера Механические дрожки уральского мастера

Заглянем в Зал карет Реставрационно-хранительского центра Эрмитажа

Дилетант
История жулика: как Уэс Андерсон дает слово Роальду Далю и превращает кино в театр История жулика: как Уэс Андерсон дает слово Роальду Далю и превращает кино в театр

Почему новое кино Уэса Андерсона подойдет людям без воображения?

Forbes
«Звучит незнаемая лира…» «Звучит незнаемая лира…»

Кто такой Антиох Кантемир?

Знание – сила
Дерьмово выглядишь Дерьмово выглядишь

Как и зачем животные и растения притворяются экскрементами

N+1
Андрей Лихачев: «Технологии просочатся за пределы мегапроектов» Андрей Лихачев: «Технологии просочатся за пределы мегапроектов»

Как сделать города по-настоящему «умными» и зелеными?

РБК
Мужчина мечты Мужчина мечты

Станислав Магкеев приятно удивил нас своей добротой, честностью, даже упрямством

VOICE
Арбузное настроение Арбузное настроение

5 небанальных рецептов из летней ягоды

Лиза
Сделай сам Сделай сам

Игрушечные машинки своими руками

Автопилот
«Задавать вопросы — творческий труд». Отрывок из книги «Метод Сократа» «Задавать вопросы — творческий труд». Отрывок из книги «Метод Сократа»

Как задавать вопросы по методу Сократа

СНОБ
Сбежавшая дочь и неудачные браки: одиночество Ларисы Удовиченко Сбежавшая дочь и неудачные браки: одиночество Ларисы Удовиченко

Лариса Удовиченко — яркая актриса СССР, которая заплатила за славу одиночеством

VOICE
Инвестиции в ИИ: как заработать на инновациях Инвестиции в ИИ: как заработать на инновациях

В акции каких игроков на рынке ИИ лучше всего вложиться?

ФедералПресс
Почему мы сожалеем о разводе: 3 основные причины Почему мы сожалеем о разводе: 3 основные причины

Что мешает разведенным людям радоваться новой жизни?

Psychologies
Открыть в приложении