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

Жизнь без еды Жизнь без еды

Среди насекомых есть виды, которые во взрослом состоянии не питаются вовсе

Наука и жизнь
Молдова – бессарабский приют Пушкина Молдова – бессарабский приют Пушкина

Дороги Пушкина – какими они были? И как он пришел в знойные степи Молдавии?

Знание – сила
Резерфорд и рождение экспериментальной ядерной физики Резерфорд и рождение экспериментальной ядерной физики

Первое искусственное превращение химических элементов

Наука и жизнь
Стоит ли придерживаться правила «пяти секунд»? У ученых есть ответ Стоит ли придерживаться правила «пяти секунд»? У ученых есть ответ

Неужели бактерии придерживаются правила «пяти секунд»?

ТехИнсайдер
Сырые земли Сырые земли

Почему важно изучать водно-болотные угодья, или ветланды?

Наука и жизнь
Почему Jeep Gladiator Mojave наверняка стал бы «Внедорожником года-2024» Почему Jeep Gladiator Mojave наверняка стал бы «Внедорожником года-2024»

Jeep Gladiator Mojave — бескомпромиссный покоритель бездорожья

4x4 Club
Где в лесу «конский хвост»? Где в лесу «конский хвост»?

У того, кто впервые видит хвощ, возникает некоторое недоумение

Наука и жизнь
К какому берегу прибиться: что должны учесть российские IT-компании, выходя за рубеж К какому берегу прибиться: что должны учесть российские IT-компании, выходя за рубеж

На что обратить внимание российским IT-компаниям при выходе за рубеж

Forbes
Следствие ведут биохимики Следствие ведут биохимики

Здесь хранятся уникальные артефакты, связанные с событиями последних веков...

ТехИнсайдер
Просто добавь ИИ Просто добавь ИИ

Что происходит в маркетинге сейчас и чего ждать от внедрения ИИ завтра?

СНОБ
«Я давно взрослый»: как выстроить новый формат общения с родителями «Я давно взрослый»: как выстроить новый формат общения с родителями

Как перезагрузить отношения с родителями и вывести их на новый уровень?

Psychologies
О чём нужно помнить, чтобы всё не забыть О чём нужно помнить, чтобы всё не забыть

Что может спровоцировать и ускорить развитие когнитивных нарушений?

Здоровье
Почему у женщин после 35 лет возрастает сексуальное желание: объясняет врач-сексолог Почему у женщин после 35 лет возрастает сексуальное желание: объясняет врач-сексолог

Почему пик женской сексуальности происходит в 40 ± 5 лет?

Psychologies
Лето – это любовь Лето – это любовь

Городские локации и природные места, которые приятно посетить вместе с любимым

Лиза
Acta diurna populi Romani: первая публичная газета Acta diurna populi Romani: первая публичная газета

Первая газета: Acta diurna populi Romani – «Ежедневные дела римского народа»

Знание – сила
Как понять, что ваш партнер превращается в «Бишимбаева» Как понять, что ваш партнер превращается в «Бишимбаева»

Можно ли назвать ваши отношения экологичными?

Psychologies
Глаша Гурьянова Глаша Гурьянова

Глаша Гурьянова — петербургский бьюти-феномен

Собака.ru
Одна тысячная шанса: сколько хоккеистов и футболистов в России стали миллионерами Одна тысячная шанса: сколько хоккеистов и футболистов в России стали миллионерами

Сколько игроков добираются до большого спорта и становятся миллионерами

Forbes
«Долгосрочные отношения, вне зависимости от масштаба бизнеса и сферы деятельности» «Долгосрочные отношения, вне зависимости от масштаба бизнеса и сферы деятельности»

Как работать с массовым сегментом и почему важно сохранять каналы коммуникации

Деньги
«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
Где находится номер двигателя и что делать, если он не читается Где находится номер двигателя и что делать, если он не читается

Для чего нужен номер двигателя, где он находится и как его могут проверить

РБК
6 книжных новинок для тех, кто любит пощекотать себе нервы 6 книжных новинок для тех, кто любит пощекотать себе нервы

Книги-триллеры, которые точно не оставят вас равнодушными

Maxim
6 интересных и милых фактов о кошках, которые вы не знали 6 интересных и милых фактов о кошках, которые вы не знали

Коты — невероятно милые существа, о которых ученые кое-что тоже знают!

ТехИнсайдер
Моя мать — жертва: что делать, если мама постоянно тобой манипулирует Моя мать — жертва: что делать, если мама постоянно тобой манипулирует

Почему дочери и матери меняются местами?

VOICE
Гравилаты, скромные и обаятельные Гравилаты, скромные и обаятельные

Скромный гравилат — витиеватый житель наших лесов

Наука и жизнь
Город фестивалей Город фестивалей

1000 лет Суздалю – в чем сомневаются историки?

Вокруг света
Эксперты назвали главные риски, связанные с развитием генеративного ИИ Эксперты назвали главные риски, связанные с развитием генеративного ИИ

Чем нам угрожает развитие генеративного искусственного интеллекта?

Forbes
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
«Я не похожа на других женщин»: кто такая pick-me girl «Я не похожа на других женщин»: кто такая pick-me girl

Как ведут себя pick-me girl и почему они так не нравятся другим женщинам?

Psychologies
Русская Ниагара Русская Ниагара

На семиместном кроссовере Geely в поисках нашего Окаванго

Автопилот
Открыть в приложении