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
Любовь, случайности и cash Любовь, случайности и cash

Какие функции всегда должны оставаться за лидером, а какие необходимо передавать

FP. BusinessReview
Как завещал великий Ленин? Как завещал великий Ленин?

Основные тезисы «политического завещания Ленина»

Дилетант
Золотой Плёс Золотой Плёс

Приехать в Плес и не влюбиться в него невозможно!

Лиза
14 самых отвратительных фильмов, которые нельзя смотреть никому и никогда 14 самых отвратительных фильмов, которые нельзя смотреть никому и никогда

Перед нами не кино, а жесть, погань и патология

Maxim
Вечное влияние великого разума: как Жан-Люк Годар изменил кино Вечное влияние великого разума: как Жан-Люк Годар изменил кино

Как франко-швейцарский режиссер Жан-Люк Годар повлиял на кино.

Правила жизни
Великое нашествие Великое нашествие

Вторжение монголов обратило русских государей в деспотов ордынского типа

Дилетант
Верность навсегда: миф или реальность Верность навсегда: миф или реальность

Возможно ли сохранить любовь и верность на протяжении всей жизни?

Лиза
Какие отрасли развивать в Крыму: не очевидные, но значимые направления Какие отрасли развивать в Крыму: не очевидные, но значимые направления

Полуостров Крым обладает мощным экономическим потенциалом

ФедералПресс
Остановить отток капитала из России: варианты развития событий Остановить отток капитала из России: варианты развития событий

Президент призвал правительство контролировать отток капитала из страны

ФедералПресс
Нет повода не выжить Нет повода не выжить

Алексей Зимин нашел способ принимать неизбежное и повод выпить за это

Men Today
5 психологических советов, которые помогут пережить боль от разрыва 5 психологических советов, которые помогут пережить боль от разрыва

Как справиться с грустью и перестать обесценивать себя после расставания

Psychologies
РОП неотвратимый: как алюминий поможет очистить природу РОП неотвратимый: как алюминий поможет очистить природу

Разбираемся в понятии расширенная ответственность производителя

ФедералПресс
«Риски существенно преувеличены» «Риски существенно преувеличены»

Торговый оборот России со странами Африки в 2022 году составил 18 млрд долларов

FP. BusinessReview
Близкий Дальний Восток, новая Анапа и поезд вместо ракет Близкий Дальний Восток, новая Анапа и поезд вместо ракет

Как мы будем путешествовать по России через 30 лет

РБК
Ученый нашел эффективный способ избавить дороги от выбоин и трещин Ученый нашел эффективный способ избавить дороги от выбоин и трещин

Можно ли предотвратить образование выбоин на дороге?

ТехИнсайдер
Хоррор дожития Хоррор дожития

Как Джордж А. Ромеро напугал стариками борцов с эйджизмом

Weekend
Моя идеальная свадьба Моя идеальная свадьба

Как прошла свадьба Ирены Понарошку и Руслана Годизова

OK!
Сдвинувший материки Сдвинувший материки

Альфред Вегенер – человек, понявший, что континенты движутся

Вокруг света
Шай Шай

Художник Шай Азулай — звучит как музыка, и мир вокруг него мелодичен

Seasons of life
Наскальные мультфильмы Наскальные мультфильмы

Рисункам из пещеры Шове больше 30 тысяч лет

Вокруг света
Революция в астрономии XX века Революция в астрономии XX века

Виктор Амбарцумян — основоположник теории астрофизики в СССР

Знание – сила
Искусство самопрезентации: как научиться рассказывать о себе в любой ситуации Искусство самопрезентации: как научиться рассказывать о себе в любой ситуации

Как правильно преподнести себя во время переговоров и на собеседовании

Forbes
Есть ли любовь с первого взгляда и как найти своего «принца» Есть ли любовь с первого взгляда и как найти своего «принца»

Возможна ли любовь с первого взгляда и как встретить свою судьбу?

Psychologies
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
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
Фокусы престолов Фокусы престолов

«Зимний король»: артуровские легенды в формате «как оно было на самом деле»

Weekend
Первый Берлинский кризис Первый Берлинский кризис

Берлинский кризис стал первым крупным испытанием на прочность послевоенного мира

Дилетант
В башне «око» В башне «око»

Двухкомнатные апартаменты на 38-м этаже небоскреба с панорамным видом из окон

SALON-Interior
Алан Тьюринг Алан Тьюринг

Правила жизни математика, логика, криптографа Алана Тьюринга

Правила жизни
Открыть в приложении