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

Сырые земли Сырые земли

Почему важно изучать водно-болотные угодья, или ветланды?

Наука и жизнь
Лодырь, галиматья, джакузи: 7 фамилий, которые сегодня стали обычными словами Лодырь, галиматья, джакузи: 7 фамилий, которые сегодня стали обычными словами

Какие фамилии стали общеупотребительными словами, изменив первоначальный смысл?

ТехИнсайдер
Каждая личинка — индивидуальность Каждая личинка — индивидуальность

Эти небольшие червячки красного цвета — объект пристального внимания биологов

Наука и жизнь
«Эрик»: как сериал с Бенедиктом Камбербэтчем исследует кризис семьи «Эрик»: как сериал с Бенедиктом Камбербэтчем исследует кризис семьи

Как сериал «Эрик» исследует травмы родителей, живущие в следующих поколениях

Forbes
Синдбад-коммивояжёр Синдбад-коммивояжёр

Канонический Синдбад из древних арабских сказок был купцом из Багдада

Дилетант
Это не то,что вы подумали: страпонтен, клитория, епитрахиль — слова, за которые вам не должно быть стыдно Это не то,что вы подумали: страпонтен, клитория, епитрахиль — слова, за которые вам не должно быть стыдно

О словах, за которые вам не должно быть стыдно, пусть и звучат они забавно

ТехИнсайдер
Тайна китов со странным запахом Тайна китов со странным запахом

Почему мясо серых китов имеет специфический «лекарственный» запах?

Наука и жизнь
«Структурные продукты в России — самостоятельный класс активов» «Структурные продукты в России — самостоятельный класс активов»

«Румберг Кэпитал» — о новых возможностях на рынке инвестиций

Деньги
Чтобы кишечник работал как часы: 10 незаменимых продуктов для хорошего пищеварения Чтобы кишечник работал как часы: 10 незаменимых продуктов для хорошего пищеварения

Что входит в топ-10 незаменимых для хорошего пищеварения продуктов?

ТехИнсайдер
«Болеро. Душа Парижа»: нелюбимый шедевр «Болеро. Душа Парижа»: нелюбимый шедевр

«Болеро. Душа Парижа»: история создания самого известно сочинения Мориса Равеля

Монокль
Куплен по случаю Куплен по случаю

Чудесный склад антикварных находок в двухэтажной постройке XV века

Seasons of life
Боль в пятке Боль в пятке

Что такое пяточная шпора? Можно ли её вылечить?

Здоровье
Леoн Кемстач Леoн Кемстач

15-летний актер из Петербурга сыграл в главном кинохите 2024 года

Собака.ru
Настя, Никита и другие: почему мы так не любим некоторые имена Настя, Никита и другие: почему мы так не любим некоторые имена

Почему люди испытывают неприязнь к некоторым именам?

Psychologies
Сомелье Янина Мартынюк: в ресторанах будет больше российского вина Сомелье Янина Мартынюк: в ресторанах будет больше российского вина

Зачем нужен винный гид для сотрудников ресторанов? Отвечает сомелье

СНОБ
Подтеков нет, но антифриз уходит. Куда, почему, и что с этим делать Подтеков нет, но антифриз уходит. Куда, почему, и что с этим делать

Все о падении уровня антифриза: куда уходит, что смотреть, как чинить

РБК
Тренд, навеянный пингвинами: что такое пебблинг и как он влияет на отношения Тренд, навеянный пингвинами: что такое пебблинг и как он влияет на отношения

Как смешные картинки влияют на взаимоотношения в паре?

Psychologies
Пирс, Инг, Уэйр: 5 книг любимых книг Риз Уизерспун Пирс, Инг, Уэйр: 5 книг любимых книг Риз Уизерспун

Пять любопытных книг из рекомендаций книжного клуба Риз Уизерспун

СНОБ
Месть пиратки Жанны Месть пиратки Жанны

За что и кому мстила предводительница пиратов?

Вокруг света
6 умных книг, которые читаются на одном дыхании 6 умных книг, которые читаются на одном дыхании

Книжные новинки, которые точно оценят интеллектуалы

Maxim
Семён, а не Семен: 6 ошибок в паспорте, из-за которых вы не уедете за границу Семён, а не Семен: 6 ошибок в паспорте, из-за которых вы не уедете за границу

Ошибки, из-за которых можно внезапно остаться дома во время отпуска

Maxim
Игрушка за $10 тысяч и аксессуары дороже одежды: кто и почему скупает старые куклы Barbie Игрушка за $10 тысяч и аксессуары дороже одежды: кто и почему скупает старые куклы Barbie

Рассказ «дилера» c тридцатилетним стажем о перепродаже старых кукол Barbie

VC.RU
Алексей Чадов: «Балабанов держал меня в ежовых рукавицах, это его метод, чтобы актер нервничал» Алексей Чадов: «Балабанов держал меня в ежовых рукавицах, это его метод, чтобы актер нервничал»

Это был абсолютно мужской, очень недетский, пацанский вызов

Караван историй
«Великая Лиллиан Холл»: байопик с Джессикой Лэнг о бродвейской актрисе с деменцией «Великая Лиллиан Холл»: байопик с Джессикой Лэнг о бродвейской актрисе с деменцией

«Великая Лиллиан Холл»: почему портрет актрисы с деменцией получился спорным?

Forbes
Деградация рынка: как новые санкции США изменят правила валютных торгов в России Деградация рынка: как новые санкции США изменят правила валютных торгов в России

Российский валютный рынок в целом ждет деградация и возвращение в начало 1990-х

Forbes
Чем аффирмации опасны для жизни: почему позитивные фразы могут принести вред? Чем аффирмации опасны для жизни: почему позитивные фразы могут принести вред?

Могут ли позитивные фразы оказывать негативное влияние на психику?

VOICE
Заря суперинтеллекта: о чем говорит новый проект Ильи Суцкевера Заря суперинтеллекта: о чем говорит новый проект Ильи Суцкевера

О том, как фантастика суперинтеллекта превращается в реальность

Forbes
Что такое вечный учет автомобиля и какие машины на него ставят Что такое вечный учет автомобиля и какие машины на него ставят

Что подразумевается под «вечным учетом» и возможно ли снять с него машину

РБК
«Мужчина не дает развиваться»: что делать женщине «Мужчина не дает развиваться»: что делать женщине

Что делать, если мужчина не поддерживает ваше желание развиваться? Это ред флаг?

Psychologies
Неприкаянные скитальцы океанов Неприкаянные скитальцы океанов

Айсберги: почему они не тонут, какие метаморфозы испытывают в своих скитаниях?

Наука и техника
Открыть в приложении