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

Самый энергичный свет Самый энергичный свет

История открытия и некоторые факты о гамма-лучах

Наука и жизнь
Курьер внутри тела: как нанокапсулы с умными лекарствами изменят медицину Курьер внутри тела: как нанокапсулы с умными лекарствами изменят медицину

Таблетки, адресно доставляющие лекарство в больной орган — уже реальность

Forbes
Сырые земли Сырые земли

Почему важно изучать водно-болотные угодья, или ветланды?

Наука и жизнь
6 способов защитить свою собаку от клещей 6 способов защитить свою собаку от клещей

Как обезопасить своего питомца от клещей?

ТехИнсайдер
Сердечные орешки! Сердечные орешки!

Как растут орешки кешью?

Наука и жизнь
8 вещей, которые надо перестать покупать после 50 лет: мнение экспертов по личным финансам 8 вещей, которые надо перестать покупать после 50 лет: мнение экспертов по личным финансам

Финансовые советы для людей старше 50 лет

VOICE
Небо и море люблю одинаково… Небо и море люблю одинаково…

Боевой и жизненный путь генерал-майора авиации Ивана Васильевича Рожкова

Знание – сила
Право на культурный дресс-код Право на культурный дресс-код

Что стоит за модой на никабы в России и нужно ли их запретить

Монокль
Супермену — 86 лет. Чем супергерой похож на русских богатырей и Христа Супермену — 86 лет. Чем супергерой похож на русских богатырей и Христа

Ницше, Христос и русские богатыри: как появился архетип Супермена

СНОБ
«Не такая уж кошмарная машина»: как Cadillac мерялся с Mercedes, кто из них меньше, и проиграл «Не такая уж кошмарная машина»: как Cadillac мерялся с Mercedes, кто из них меньше, и проиграл

Почему про Cadillac Cimarron не любят вспоминать?

ТехИнсайдер
Химики разобрались в структуре метилалюмоксана Химики разобрались в структуре метилалюмоксана

Химики впервые успешно закристаллизовали коммерческий метилалюмоксан

N+1
Не бескрайние леса Не бескрайние леса

Как добывать лес, чтобы при этом его становилось больше?

Наука и жизнь
«Ну вот я и в Москве»: коллекция писем писателей (фотоистория) «Ну вот я и в Москве»: коллекция писем писателей (фотоистория)

Небольшая коллекция писем известных людей

Правила жизни
Какой тип людей сует нос в чужую жизнь? Какой тип людей сует нос в чужую жизнь?

Почему некоторым людям нужно обязательно знать, как кто живет и чем занимается

Psychologies
Все сложно: топ-5 новых фильмов о семейных конфликтах Все сложно: топ-5 новых фильмов о семейных конфликтах

Фильмы, фокусирующиеся на сложных родственных отношениях

Psychologies
Садовая диета Садовая диета

Какие натуральные и безопасные подкормки использовать для растений

Лиза
У них полоска — всегда в моде: почему моряки носят тельняшки У них полоска — всегда в моде: почему моряки носят тельняшки

Откуда у моряков появилась традиция носить полосатую фуфайку?

ТехИнсайдер
«Что мечта не осуществилась, не означает, что мечта была плохая» «Что мечта не осуществилась, не означает, что мечта была плохая»

Дмитрий Моисеев о своем фильме «Контакты»

Weekend
5 психологических советов, которые помогут пережить развод 5 психологических советов, которые помогут пережить развод

Как поддержать себя во время развода?

Psychologies
Солнечный ожог Солнечный ожог

Как защитить кожу от солнечных ожогов?

Здоровье
История, как фермер случайно наткнулся на 1100-летний меч викингов на своем участке! История, как фермер случайно наткнулся на 1100-летний меч викингов на своем участке!

Фермер нашел на своем участке один из знаменитых мечей Ульфберта

ТехИнсайдер
Фантазии искусственного разума: способен ли ИИ на подлинное творчество или обречен оставаться эпигоном? Фантазии искусственного разума: способен ли ИИ на подлинное творчество или обречен оставаться эпигоном?

Может ли машина выйти за рамки создания заданных образцов?

СНОБ
Как устроен лагерь для взрослых Как устроен лагерь для взрослых

Агата Березина, зачем взрослым людям вновь погружаться в детство

СНОБ
Федор Хиросигэ Федор Хиросигэ

Петербург накрыло мощным пришествием человека-гриба — это Федор Хиросигэ

Собака.ru
Как удалить ожог от утюга с ткани: 5 простых методов Как удалить ожог от утюга с ткани: 5 простых методов

Рассказываем, как убрать следы ожога утюгом с одежды

VOICE
Город-Гилёв Город-Гилёв

Разговор с Сергеем Гилевым о каньонах, злодеях, банях и работе охранником

Правила жизни
На что способна техника: как умные часы отслеживают качество нашего сна и стоит ли доверять их сведениям На что способна техника: как умные часы отслеживают качество нашего сна и стоит ли доверять их сведениям

Насколько безопасно на время сна оставлять на запястье смарт-часы?

ТехИнсайдер
Андрей Леонов: «Папа был по-детски незащищенным» Андрей Леонов: «Папа был по-детски незащищенным»

«Когда вышли «Папины дочки», я видел на лицах только добрые улыбки»

Коллекция. Караван историй
Виталий Поляков Виталий Поляков

Основатель самого модного российского бренда обуви Homies Виталий Поляков

Собака.ru
Идея для туриста Идея для туриста

Сергей Кузнецов о том, что делает мегаполисы привлекательными для туристов

Правила жизни
Открыть в приложении