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

Больше пены Больше пены

Что такое пена с точки зрения химии?

Наука и жизнь
Привлечь и удержать Привлечь и удержать

Кадровая проблема в АПК остается системной

Агроинвестор
Корней Чуковский Корней Чуковский

Корней Чуковский — литературный гений, полный противоречий

Дилетант
От религиозного уединения до модного отпуска: что такое ретрит и для чего он нужен От религиозного уединения до модного отпуска: что такое ретрит и для чего он нужен

Какие бывают ретриты, в чем их польза для здоровья?

Forbes
«Папа Урбан II на площади Клермона проповедует первый крестовый поход» «Папа Урбан II на площади Клермона проповедует первый крестовый поход»

Картина Франческо Айеца, на которой запечатлено начало крестовых походов

Дилетант
Танец — это голос: как первые российские фильмы изображали эмансипированных женщин Танец — это голос: как первые российские фильмы изображали эмансипированных женщин

Глава из книги «Изображая женственность» — об артистках в раннем русском кино

Forbes
Английский Гитлер Английский Гитлер

Освальд Эрнальд Мосли известен советским людям по фильму «Обыкновенный фашизм»

Дилетант
Беспилотные машины и умные дороги: какие риски несет в себе транспорт будущего Беспилотные машины и умные дороги: какие риски несет в себе транспорт будущего

Что нужно регламентировать в законах о беспилотных машинах

Forbes
Доктор и политик: как Анна Шабанова боролась за право работать и голосовать Доктор и политик: как Анна Шабанова боролась за право работать и голосовать

Анна Шабанова: одна из первых женщин-врачей и феминисток России?

Forbes
Забудь, если ты на диете Забудь, если ты на диете

10 самых калорийных фруктов

Лиза
7 экспериментов на детях, которые изменили систему воспитания 7 экспериментов на детях, которые изменили систему воспитания

Эксперименты, которые пролили свет на то, как работает детская психика

Psychologies
Мобилизация-1914: эмоции россиян Мобилизация-1914: эмоции россиян

Кто определяет «национальные интересы»?

Дилетант
Татьяна Правдина: «Когда Зяма смотрел свои фильмы, всегда говорил: «Это — не то!» Татьяна Правдина: «Когда Зяма смотрел свои фильмы, всегда говорил: «Это — не то!»

Актеру Зиновию Гердту было 44 года, а переводчице Татьяне Правдиной — 32

Коллекция. Караван историй
За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие) За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие)

Задачи, которые стояли перед «Луной-25», никуда не делись. Их придётся решать

Наука и жизнь
Человек растерянный Человек растерянный

Как Феллини и Мастроянни придумали нового героя послевоенной Европы

Weekend
Десять лет — Восток нормальный Десять лет — Восток нормальный

Как изменился Дальний Восток за десять лет?

FP. BusinessReview
Просто и со вкусом Просто и со вкусом

Удачный микс минимализма и скандинавского стиля в миниатюрной квартире-студии

Идеи Вашего Дома
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
Олег Кожемяко: «Приморье преодолело негативные последствия санкций» Олег Кожемяко: «Приморье преодолело негативные последствия санкций»

Приморский край играет ведущую роль в объявленном президентом курсе на Восток

ФедералПресс
Персонал напрокат Персонал напрокат

Что такое аутстаффинг и почему он стал популярен в России

FP. BusinessReview
Гастрит и гены Гастрит и гены

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

Лиза
Внедорожный Escape, или всё что вам нужно знать о Ford Bronco Sport Внедорожный Escape, или всё что вам нужно знать о Ford Bronco Sport

Внедорожник Ford Bronco Sport: икеевский интерьер и немалый ценник

4x4 Club
Терминатор Т-800 Терминатор Т-800

Правила жизни Терминатора Т-800

Правила жизни
Свидетельства неслучившегося Свидетельства неслучившегося

Песни Пахмутовой и Добронравова задали эмоциональный режим советского человека

Weekend
Разработчик приложения Ayana: «Языки и культуру малых народов спасет искусственный интеллект» Разработчик приложения Ayana: «Языки и культуру малых народов спасет искусственный интеллект»

Что собой представляет проект Ayana и какие возможности он открывает

ФедералПресс
Вежливость не повод для доверия: главные ошибки в деловых отношениях с американцами Вежливость не повод для доверия: главные ошибки в деловых отношениях с американцами

Какие подводные камни таятся во взаимодействиях с американскими партнерами

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

Как достигнуть научного и технологического суверенитета в стране?

ФедералПресс
И был день седьмой И был день седьмой

Хала — это ДНК любви, и вот как её расшифровать

Seasons of life
Мужчина мечты Мужчина мечты

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

VOICE
Как не пожалеть о романе с иностранцем: 3 истории Как не пожалеть о романе с иностранцем: 3 истории

Как несмотря на все различия сделать отношения с иностранцем здоровыми?

Psychologies
Открыть в приложении