Глаза по устройству сродни фотоаппарату, но техника за природой не угнаться

Наука и жизньНаука

Мир разными глазами

Кандидаты биологических наук Римма Сейфулина и Сергей Пирутин, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Посмотрите, какой огромный зрачок у совы сплюшки (Otus scops), — и это при дневном свете, когда он сужен. В сумерках же зрачок раскрывается на весь глаз, максимально увеличивая поток света. Сами глаза неподвижны, поворачивает их сова только вместе со всей головой. Зато их взаимное расположение обеспечивает несвойственное птицам объёмное зрение.

Говорят, глаза — зеркало души. Не знаем, как внутренний, но внешний мир они определённо отражают. Глаз по своему принципиальному устройству сродни фотоаппарату, только гораздо сложнее — технике за природой всё-таки не угнаться.

Зрение, или в широком смысле светочувствительность, исправно служит всему живому с незапамятных времён. В самых простых формах зрение есть даже у бактерий, в клетках которых имеются светочувствительные пигменты. Для чего?

Фотосинтезирующие микроорганизмы, чья жизнедеятельность всецело зависит от света, должны уметь двигаться в его сторону. Значит, им нужно приспособление, чтобы «замерять» освещение. В клетках одноклеточных простейших для этого есть особый глазок. К примеру, у простейшего эвглены (Euglena spp.) он красный и служит всего лишь шторкой. Непосредственно на свет реагирует синий пигмент флавин, располагающийся в основании двигательного жгутика и затенённый шторкой. Положение при наименьшем его затенении соответствует движению в сторону света. Красный цвет глазку, как и морковке, придают каротиноиды, но воспринимает клетка только сине-фиолетовые лучи спектра.

Продольная форма зрачка соответствует растянутой зоне наилучшего видения. Очевидно, почему он таков у коз. Копытным важно более или менее чётко воспринимать всю линию горизонта сразу.

Разнообразные пигментные пятна или ямки, ощущающие свет, есть у слизистых грибов, червей, иглокожих, а также у наипростейшего рыбообразного животного — ланцетника. Даже достаточно крупные и зрячие беспозвоночные, такие как кальмары и осьминоги, не обходятся без подобных приспособлений. Отдельные чувствительные к свету клетки разбросаны у них по всей коже. Но для предметного зрения нужны глаза.

Если пигментное пятно можно сравнить с фотопластинкой, то глаз — это уже целый фотоаппарат. В глазу есть все полагающиеся фотокамере элементы: и линзы со своей системой наведения резкости, и шторка-диафрагма для регулирования светового потока. Изображение попадает на реагирующую на свет «фотопластинку» и по нерву-кабелю отсылается в «центральный процессор» для обработки. То есть фотокамера ещё и цифровая. А теперь расшифруем. Наружной линзой служит прозрачная поверхность роговицы — передней части глазного яблока. Непосредственно за ней расположена цветная радужка с отверстием-зрачком, которое, сужаясь и расширяясь, регулирует идущий внутрь световой пучок. Прозрачный двояковыпуклый хрусталик работает как внутренняя линза. Сетчатка, светочувствительный слой, находится на дне глазного яблока. Она заполнена особыми клетками-рецепторами, содержащими зрительный пигмент, настроенный на восприятие определённого цвета.

Схема строения органа зрения. 1 — склера; 2 — роговица; 3 — хрусталик; 4 — радужная оболочка со зрачком; 5 — ресничная мышца; 6 — сосудистая оболочка; 7 — стекловидное тело; 8 — сетчатка с палочками и колбочками; 9 — зрительный нерв.

Под действием света в фоторецепторах происходит быстрое и обратимое изменение пигмента, запускающее нервное возбуждение. Клетки эти имеют разную чувствительность к свету. Те из них, которые содержат зрительный пурпур (родопсин) — палочки, — реагируют даже на малейший лучик и потому задействуются при ночном зрении, по определению чёрно-белом. Но при нормальном освещении они лучше всего поглощают сине-зелёные лучи и отвечают за восприятие этой части спектра. Другие рецепторы, называемые колбочками, содержат сразу несколько пигментов и при полном исходном наборе реагируют на все цвета радуги, включая ультрафиолет. Такое зрение присуще, в частности, птицам и рептилиям, имеющим все четыре типа колбочек (так называемая тетрахроматия). На запуск цветных фоторецепторов требуется в 100 раз большая сила света, чем достаточно палочкам. Поэтому предки современных млекопитающих, будучи ночными животными, утратили два типа колбочек из четырёх и большинство зверей — дихроматы, особо чувствительные к коротким и средним волнам спектра. Однако приматы в ходе своей эволюции «вернули» третий тип колбочек, добавив длинноволновую часть спектра.

Зрительные рецепторы и передающие сигнал нервные клетки располагаются неравномерно. Там, где их больше всего, возникает самое чёткое и детализированное изображение, определяющее остроту зрения в целом. Эта зона мала и имеет свои величину, форму и местоположение у разных животных. Именно от этого зависит, какая часть картинки в неподвижном глазу будет резкой. Мы, например, видим чётко только точку, на которую непосредственно устремлён взор. Остальное, попавшее в поле так называемого бокового зрения, воспринимается нечётко. Вот отчего наш взгляд не стоит на месте, а постоянно скользит, ощупывая пространство перед глазами. Но будь по-другому, мозг захлебнулся бы в потоке информации.

Розовый фламинго (Phoenicopterus roseus). Птицы видят мир много ярче, чем мы. Они различают больше оттенков, включая ультрафиолет, и могут видеть на своём оперении яркие метки, совершенно ускользающие от человеческого взора. А всё потому, что глаз птицы содержит максимальное число типов цветных фоторецепторов (колбочек), а именно — четыре.

Зона наилучшего видения человека и обезьян находится в самом центре сетчатки и представляет собой округлое пятно диаметром в полтора градуса, то есть 1/240 поля зрения. У хищных зверей из одноимённого отряда она раз в десять больше, но даёт меньшую чёткость. В сетчатке помимо такого центрального поля может присутствовать и растянутая в стороны зрительная полоса. За счёт неё копытные более или менее резко видят всю линию горизонта сразу и способны оценить обстановку с первого же взгляда. Такая особенность вообще свойственна животным открытых пространств.

Неоднородность зрительного поля — это защита мозга от перегрузки. При равномерно высокой плотности нервных клеток поток импульсов в мозг был бы в сотни раз больше. При этом чем меньше фоторецепторов связано с одной нервной клеткой, тем точнее передаётся в мозг зрительная информация и тем чётче изображение. Но чем больше рецепторов имеет в своём распоряжении нервная клетка, тем лучше будет картинка при плохом освещении (в первом случае она получится сильно «дырявой»). Поэтому у ночных животных на «одном проводе» сидит в 50 раз больше чувствительных элементов, чем у дневных.

Рыбки илистые прыгуны (в данном случае Periophthalmus sp.) ведут земноводный образ жизни, и хорошо видеть на суше для них даже важнее, чем в воде. Достигается это нестандартной асимметричной формой хрусталика. И они едва ли не единственные рыбы, умеющие моргать.

Для того чтобы рассматриваемый объект выглядел резким, его изображение должно попасть точно на клетки-рецепторы. Другими словами, входящие лучи нужно сфокусировать, то есть свести вместе на сетчатке. Как же это происходит? Первая хитрость состоит в том, что лучи преломляются, попадая из воздуха в воду. Ведь передняя часть глазного яблока заполнена водянистой жидкостью. А за точную наводку на резкость отвечает хрусталик.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Тропический калейдоскоп Тропический калейдоскоп

Куба — тропический рай с удивительными и необычными животными-экзотами

Наука и жизнь
Свидетельницы Иисуса Свидетельницы Иисуса

Среди помощников Иисуса, среди его учеников с самого начала были и женщины

Знание – сила
Каждая личинка — индивидуальность Каждая личинка — индивидуальность

Эти небольшие червячки красного цвета — объект пристального внимания биологов

Наука и жизнь
Сдаю жилье Сдаю жилье

Как обустроить квартиру для посуточной и долгосрочной аренды

Лиза
Сырые земли Сырые земли

Почему важно изучать водно-болотные угодья, или ветланды?

Наука и жизнь
Salavat Kypere Salavat Kypere

Salavat Kypere — стилист по профессии и готическая принцесса по призванию

Собака.ru
Модернизация легенды Модернизация легенды

ВССМ «Винторез» и АСМ «Вал»

Популярная механика
«Цифровые блага для благотворительных организации часто недоступны» «Цифровые блага для благотворительных организации часто недоступны»

О мотивах запуска проекта «Технологии добра» и первых результатах

Деньги
Премия за самый короткий импульс света Премия за самый короткий импульс света

Как электроны связаны с современной наукой?

Наука и жизнь
«Никогда еще не видал я чужой земли…» «Никогда еще не видал я чужой земли…»

Виктор Гуминский достает с полки «Путешествие в Арзрум»...

Знание – сила
С монитора на большой экран: 7 лучших экранизаций видеоигр С монитора на большой экран: 7 лучших экранизаций видеоигр

Самые популярные и удачные фильмы, снятые по видеоиграм

ТехИнсайдер
Спад электропроводности Спад электропроводности

Мировая электромобильная революция откладывается

Деньги
Ребенок на даче. Как обеспечить безопасность детей во время летнего отдыха Ребенок на даче. Как обеспечить безопасность детей во время летнего отдыха

Все вопросы, связанные с безопасностью детского дачного отдыха

Лиза
Глаша Гурьянова Глаша Гурьянова

Глаша Гурьянова — петербургский бьюти-феномен

Собака.ru
Владимир Овчаренко и Павел Пепперштейн: Наше сотрудничество — это следствие долгой дружбы Владимир Овчаренко и Павел Пепперштейн: Наше сотрудничество — это следствие долгой дружбы

Как построить здоровые отношения между галеристом и художником?

СНОБ
Почувствуй энергию Почувствуй энергию

Почему витальность так необходима нам для жизни?

Лиза
Юрий Афанасьев: «Управление делами семьи — наша задача» Юрий Афанасьев: «Управление делами семьи — наша задача»

Как клиенты банков приходят к пониманию, что время дороже золота?

СНОБ
«Каких нам еще доказательств»: Надежда Тэффи о политических судебных процессах «Каких нам еще доказательств»: Надежда Тэффи о политических судебных процессах

Глава из сборника изящных и ироничных рассказов «Забытая Тэффи»

Forbes
Иван Чечот Иван Чечот

Иван Дмитриевич Чечот — солнце русского искусствоведения!

Собака.ru
Портовый передел: как выросли морские перевалочные мощности в России Портовый передел: как выросли морские перевалочные мощности в России

Как изменилась портовая инфраструктура: рейтинг крупнейших портовых мощностей

ФедералПресс
Юлия Немчина Юлия Немчина

Гендиректор ГК «Рики» с командой в 2023-м громко отметили 20-летие Смешариков

Собака.ru
Жанна Бадоева: «Только оставаясь собой, можно развиваться и идти вперёд» Жанна Бадоева: «Только оставаясь собой, можно развиваться и идти вперёд»

Жанна Бадоева – о жизни в Италии и об отношении к хейту в соцсетях

Здоровье
Стабильность — это кризис Стабильность — это кризис

Сериал про семью как самая крепкая и живучая киноконструкция

Weekend
Владимир Лисовский Владимир Лисовский

Доктор искусствоведения и инженер-кораблестроитель Владимир Лисовский

Собака.ru
Варвара Убель: «Я знаю формулу хита» Варвара Убель: «Я знаю формулу хита»

Варвара Убель — молодая и амбициозная певица, абсолютно своя в мире джаза

ЖАРА Magazine
Иллюзия бедности: как денежная дисморфия разрушает вашу жизнь Иллюзия бедности: как денежная дисморфия разрушает вашу жизнь

Денежная дисморфия: что это такое и чем может быть вызвана

Psychologies
«Представился Дэном Купером и купил билет»: как неизвестный мужчина совершил угон самолета в 1971 году «Представился Дэном Купером и купил билет»: как неизвестный мужчина совершил угон самолета в 1971 году

Каким был единственный нераскрытый угон коммерческого самолета в истории США

ТехИнсайдер
Реальное и виртуальное. Сколько у нас миров Реальное и виртуальное. Сколько у нас миров

Как устроены онлайн-аватары, как скоро нам предстоит общаться с ботами на равных

СНОБ
8 фактов о зависимости, которые я узнала, работая в рехабе: рассказ клинического психолога 8 фактов о зависимости, которые я узнала, работая в рехабе: рассказ клинического психолога

Почему зависимость — это болезнь, а срыв — часть процесса лечения

Psychologies
Рауль Гайнетдинов Рауль Гайнетдинов

Рауль Гайнетдинов — один из самых цитируемых психофармакологов в мире

Собака.ru
Открыть в приложении