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

«Добрый» диктатор «Добрый» диктатор

Хрущёв искренне пытался улучшить жизнь народа. Но получилось... как всегда?

Дилетант
«Наше кино является нашим лицом» «Наше кино является нашим лицом»

Режиссер Егор Кончаловский о советском кино, американской мечте и русских Рэмбо

FP. BusinessReview
Человеческий фактор Человеческий фактор

Как голландцы спасли свои каналы, а упавший самолет – целый район?

Вокруг света
Недооцененные сиквелы, о которых все забыли Недооцененные сиквелы, о которых все забыли

Вторые, третьи и прочие части франшиз, которые затмили их предшественники

Maxim
В носочках и под музыку В носочках и под музыку

6 приемов для лучшего секса, доказанные наукой

Лиза
Лесные барабанщики Лесные барабанщики

Лес в середине лета затихает, но только кажется безжизненным

Наука и жизнь
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Что произойдет с телом, если забеременеть сразу после увеличения груди: хирург рассматривает случай Анастасии Костенко Что произойдет с телом, если забеременеть сразу после увеличения груди: хирург рассматривает случай Анастасии Костенко

Как беременность может сказаться на пластике груди? Случай Анастасии Костенко

VOICE
5 признаков деменции у собаки 5 признаков деменции у собаки

Как понять, что ваш питомец болен слабоумием?

ТехИнсайдер
Не такие, как мы Не такие, как мы

Странные привычки китайцев, которые тебя удивят

Лиза
Промышленным гигантам нужны ферменты Промышленным гигантам нужны ферменты

Ученые создали новую технологию получения ферментов для промышленности

Наука
Как быстро избавиться от синяка: 8 эффективных методов Как быстро избавиться от синяка: 8 эффективных методов

Домашние средства, которые ускорят заживление синяка

ТехИнсайдер
Неудачный байопик о выдающейся женщине: почему нас разочаровал фильм о Голде Меир Неудачный байопик о выдающейся женщине: почему нас разочаровал фильм о Голде Меир

Почему фильм о сильной женщине Голде Меир получился таким слабым?

Forbes
Бережный уход Бережный уход

Как построить маршрут к новому, идеальному месту работы?

Добрые советы
Субботы терпкий вкус Субботы терпкий вкус

Рисовать в Шаббат? Художница Елена Репетур убедилась, что Израиль — страна чудес

Seasons of life
Глаза американских подростков пострадали от сигарет и вейпов Глаза американских подростков пострадали от сигарет и вейпов

У курильщиков чаще появлялись тяжелые офтальмологические симптомы

N+1
Выйти за рамки Выйти за рамки

Пять новых книг о креативности в 2023 году

FP. BusinessReview
Анна Хилькевич: «То, что нам нужно, обязательно придет» Анна Хилькевич: «То, что нам нужно, обязательно придет»

Актриса Анна Хилькевич уже вышла навстречу всему хорошему

VOICE
Полезные бактерии. 5 простых способов восстановить микробиом кишечника Полезные бактерии. 5 простых способов восстановить микробиом кишечника

Налаженная работа пищеварительных органов – основа хорошего самочувствия

Лиза
Магия вкуса Таджикистана Магия вкуса Таджикистана

Наши эксперты узнали рецепты, что пришли из глубины веков

Лиза
Верность навсегда: миф или реальность Верность навсегда: миф или реальность

Возможно ли сохранить любовь и верность на протяжении всей жизни?

Лиза
Сел и уснул: 10 лайфхаков, как хорошенько выспаться в самолете Сел и уснул: 10 лайфхаков, как хорошенько выспаться в самолете

Как «отключиться» от внешних раздражителей и погрузиться в сон на время полета

ТехИнсайдер
Немалые бизнес-стратегии для малых предприятий Немалые бизнес-стратегии для малых предприятий

Выживаем в конкуренции

FP. BusinessReview
Космическая сила Космическая сила

Почему бы не построить солнечную электростанцию прямо в космосе?

ТехИнсайдер
Народу опиум нипочем Народу опиум нипочем

«Стволы и розы»: ностальгия по 1990-м по-болливудски

Weekend
Миссия перевыполнима Миссия перевыполнима

Коммерческий директор Villagio Estate Алексей Коротких привык целиться масштабно

Men Today
Королева британского соула: как Эми Уайнхаус изменила музыку, отдав ей свою жизнь Королева британского соула: как Эми Уайнхаус изменила музыку, отдав ей свою жизнь

Какой была жизнь Эми Уайнхаус и как она изменила музыку

Forbes
«Граф» Пабло Ларраина: что будет, если диктатор окажется бессмертным вампиром «Граф» Пабло Ларраина: что будет, если диктатор окажется бессмертным вампиром

Как история о диктаторе-вампире оказывается менее интересной, чем ожидаешь

Forbes
Как гаджеты влияют на социум и развитие детей: через поколение будет другое общество Как гаджеты влияют на социум и развитие детей: через поколение будет другое общество

Как гаджеты влияют на социум и отношения в семье?

ФедералПресс
Отдохни еще немного Отдохни еще немного

Кому полагается дополнительный отпуск и при каких условиях

Лиза
Открыть в приложении