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

Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Путь воды Путь воды

Как цифровизация помогает развивать российское ЖКХ

РБК
Пыльцевые отпечатки истории Пыльцевые отпечатки истории

Палинологический анализ — мощный инструмент в руках реконструкторов

Наука и жизнь
«Перестаньте контролировать себя — и добьетесь успеха» «Перестаньте контролировать себя — и добьетесь успеха»

О мифах вокруг силы воли и ее развития рассуждает психолог

Psychologies
Миллион цветных деталей Миллион цветных деталей

Весь мир играет в конструкторы «Лего» семьдесят лет и не наигрался до сих пор

Вокруг света
5 предметов, которые исчезли из школьной программы. Навсегда ли? 5 предметов, которые исчезли из школьной программы. Навсегда ли?

Возможно, школьные дисциплины времен СССР пригодились бы и сегодня?

Psychologies
Из тьмы веков, из топи блат Из тьмы веков, из топи блат

Кто жил на землях, на которых в XIII веке возникла литовская держава?

Дилетант
Врастание машин Врастание машин

«Конец индивидуума»: чем нам на самом деле грозит искусственный интеллект

Weekend
Михаил Евланов: «Актерская профессия трогательная, толстокожим в ней нет места» Михаил Евланов: «Актерская профессия трогательная, толстокожим в ней нет места»

Я искал себя всюду и везде. Когда я работал на заводе, мне приснился вещий сон

Коллекция. Караван историй
Отдохни еще немного Отдохни еще немного

Кому полагается дополнительный отпуск и при каких условиях

Лиза
Андрей Лихачев: «Технологии просочатся за пределы мегапроектов» Андрей Лихачев: «Технологии просочатся за пределы мегапроектов»

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

РБК
Стесняюсь спросить: как руководителю решать конфликты в коллективе? Стесняюсь спросить: как руководителю решать конфликты в коллективе?

Как управлять конфликтами в команде?

Правила жизни
По наклонной По наклонной

Аэротруба, в которой можно летать в вингсьюте и остаться живым

ТехИнсайдер
Беспилотники и ИИ-врачи: цифровое будущее России Беспилотники и ИИ-врачи: цифровое будущее России

Россия занимает одно из ведущих мест в мире по развитию цифровых сервисов

ФедералПресс
Любовь, случайности и cash Любовь, случайности и cash

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

FP. BusinessReview
Лицо в точечку Лицо в точечку

Новообразования на коже доставляют много неудобств. Как с ними быть?

Лиза
Олег Шибанов: «Нейроэкономика и нейрофинансы уже интригуют некоторыми результатами» Олег Шибанов: «Нейроэкономика и нейрофинансы уже интригуют некоторыми результатами»

К чему приведут новые технологии в экономике

РБК
Как выбрать устрицы и с чем их сочетать: объясняют эксперты Как выбрать устрицы и с чем их сочетать: объясняют эксперты

Чем хороши и полезны устрицы, как получить удовольствие от деликатеса?

РБК
Ядерные полигоны и могильники: где хранят радиоактивные отходы Ядерные полигоны и могильники: где хранят радиоактивные отходы

Какую опасность для окружающего мира представляют радиоактивные отходы?

ФедералПресс
Сила и мысли Сила и мысли

Чувство мышцы помогает ее растить. Однако есть нюансы

Men Today
Куклы романтизма Куклы романтизма

Есть ли в мире бездушной и безжалостной техники место для романтиков?

Правила жизни
Прильнувшие стеблем… Прильнувшие стеблем…

Вьюнки и повои из семейства Вьюнковые — красивые и коварные одновременно

Наука и жизнь
Нина Русланова: «Когда она узнала, что в «Иване Лапшине» будет играть Миронов, отказалась сниматься» Нина Русланова: «Когда она узнала, что в «Иване Лапшине» будет играть Миронов, отказалась сниматься»

Русланова была великой актрисой, играла все: от высокой трагедии до комедии

Караван историй
5 наклонностей, которые характеризируют социопатов 5 наклонностей, которые характеризируют социопатов

Как проявляется истинное лицо социопата?

Psychologies
Александр Чернокульский: «У климатологов на будущее есть еще и план «Б» Александр Чернокульский: «У климатологов на будущее есть еще и план «Б»

Что станет с климатом через 30 лет и к каким изменениям нужно быть готовым?

РБК
Принцессы княжества Торн: монахини или амазонки? Принцессы княжества Торн: монахини или амазонки?

В германских землях находилось маленькое царство, где правили только женщины

Знание – сила
Святой затворник Святой затворник

Этим летом исполнилось 660 лет со дня основания Борисоглебского монастыря

Отдых в России
Лесная антилопа бонго Лесная антилопа бонго

Антилопа бонго — самая красивая и величественная среди антилоп

Знание – сила
Раскопки в пустыне и тайное общество в Египте: история путешественницы Фрейи Старк Раскопки в пустыне и тайное общество в Египте: история путешественницы Фрейи Старк

История женщины, которая твердо решила повидать мир

Forbes
Пита в кармане Пита в кармане

Как добавить в блюдо кусочек солнца? Рассказывает шеф ресторана «Мизнон»

Seasons of life
Открыть в приложении