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
Паек Петра Великого Паек Петра Великого

Сколько зарабатывали первые российские академики

Деньги
Сырые земли Сырые земли

Почему важно изучать водно-болотные угодья, или ветланды?

Наука и жизнь
Поток Святского Поток Святского

Тунгусский метеорит – одна из главных тайн ХХ века

Знание – сила
Путешествие Ленга в Томбукту Путешествие Ленга в Томбукту

Шотландец, француз и полумифический мусульманский город

Знание – сила
Юрии Набатов Юрии Набатов

Надежный штурман Юрий Набатов инвестирует в урбанизм

Собака.ru
Наука в фантастике: эпизоды истории Наука в фантастике: эпизоды истории

Как палеонтология вдохновляла фантастов и ученых еще с XIX века

Наука и жизнь
«Новая порода людей» «Новая порода людей»

Образовательно-воспитательный проект Ивана Бецкого

Наука и техника
Созависимое кино Созависимое кино

Как работал творческий союз режиссеров и цензуры в эпоху застоя

Weekend
5 нескучных книг от авторитетных популяризаторов науки 5 нескучных книг от авторитетных популяризаторов науки

Новая подборка книг для тех, кого интересует устройство Вселенной

СНОБ
Лайфхак для всех! Узнайте, как готовить рыбу и не провонять весь дом Лайфхак для всех! Узнайте, как готовить рыбу и не провонять весь дом

Как избавиться от неприятного рыбного запаха во время готовки?

ТехИнсайдер
Почему стыд бывает «испанским», но не африканским? Почему стыд бывает «испанским», но не африканским?

Чувство стыда посещает всех людей, но почему стыд называли испанским?

ТехИнсайдер
Тот самый «гормон счастья» Тот самый «гормон счастья»

За что отвечает серотонин и как повысить его уровень

Лиза
Трудяга “Антей” уходит на пенсию: чем был интересен самый большой турбовинтовой самолет мира Трудяга “Антей” уходит на пенсию: чем был интересен самый большой турбовинтовой самолет мира

Интересные факты о широкофюзеляжнике Ан-22

ТехИнсайдер
Кагор, портвейн, мускат: что правильно пить для повышения диабетической бдительности Кагор, портвейн, мускат: что правильно пить для повышения диабетической бдительности

Почему мы так любим сладкие вина?

Forbes
В тайском ресторане уже 50 лет варят буквально один и тот же суп! Узнайте, что в нем особенного В тайском ресторане уже 50 лет варят буквально один и тот же суп! Узнайте, что в нем особенного

Что такое тайский вечный суп?

ТехИнсайдер
Евгений Киндинов: «Согласен с Кончаловским: Жизнь слишком коротка, чтобы проводить ее в раздражении и ненависти» Евгений Киндинов: «Согласен с Кончаловским: Жизнь слишком коротка, чтобы проводить ее в раздражении и ненависти»

Мое поколение — счастливые люди

Караван историй
Доисторические жители Нидерландов занялись животноводством около 4200 года до нашей эры Доисторические жители Нидерландов занялись животноводством около 4200 года до нашей эры

Уже около 4200 года до нашей эры люди Нидерландов начали разводить рогатый скот

N+1
Морской «портфель»: перспективы судостроения без импортного оборудования Морской «портфель»: перспективы судостроения без импортного оборудования

Удается ли судостроительной отрасли справиться с трудностями?

ФедералПресс
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
Как правильно стирать одежду из секонд-хенда: 7 важных правил Как правильно стирать одежду из секонд-хенда: 7 важных правил

Как стирать одежду из секонд-хенда — для этих вещей есть свои особые приемы

VOICE
Гидроэнергетика с выдумкой: 4 знакомых и незнакомых типа ГЭС Гидроэнергетика с выдумкой: 4 знакомых и незнакомых типа ГЭС

Типы гидроэлектростанций, про которые знают только специалисты

ТехИнсайдер
Как оставаться спокойным и не срываться? Как оставаться спокойным и не срываться?

Как не будить в себе чудовище и оставаться спокойными в разных обстоятельствах?

Psychologies
Феномен «Белых роз»: 5 историй, которые учат видеть прекрасное даже в «плохих» вещах Феномен «Белых роз»: 5 историй, которые учат видеть прекрасное даже в «плохих» вещах

Можно ли с пользой для себя полюбить плохие вещи?

Psychologies
10 способов похудеть — от худшего к лучшему 10 способов похудеть — от худшего к лучшему

Вредные (и не очень) советы о том, как похудеть

Psychologies
6 умных книг, которые читаются на одном дыхании 6 умных книг, которые читаются на одном дыхании

Книжные новинки, которые точно оценят интеллектуалы

Maxim
«Водка точно не улучшает вкус». Пивной консультант Евгений Смирнов — о культуре потребления пива в России «Водка точно не улучшает вкус». Пивной консультант Евгений Смирнов — о культуре потребления пива в России

Почему пиво не стоит пить из горла — консультант рассказывает Евгений Смирнов

СНОБ
Период роста Период роста

Самые выгодные инвестиции полугодия

Деньги
«Занятия с отчимом были похожи на пытку»: как девушка с ДЦП сбежала из дома и создала семью «Занятия с отчимом были похожи на пытку»: как девушка с ДЦП сбежала из дома и создала семью

История Мари, которая со сложной формой ДЦП смогла построить свою жизнь

Psychologies
Расследование о зараженной крови: как на протяжении 20 лет английские врачи заражали пациентов ВИЧ и гепатитом Расследование о зараженной крови: как на протяжении 20 лет английские врачи заражали пациентов ВИЧ и гепатитом

30 000 жителей Англии заразились и умерли из-за переливания крови

ТехИнсайдер
Открыть в приложении