Какие же особенности глаза позволяют птицам так хорошо видеть?

Наука и жизньНаука

Почему у коршуна острое зрение

Часто, восхищаясь превосходным зрением хищных птиц, мы задаёмся вопросом, какие же особенности глаза позволяют им так хорошо видеть. Даже с максимально точной и чувствительной матрицей глаза — сетчаткой — выследить мелкую добычу в траве может быть сложно. Ответ биологи нашли в молекулярном строении хрусталика.

Наталья Осик, лаборатория протеомики и метаболомики Международного томографического центра СО РАН

В рамках информационного партнёрства с научно-популярным сайтом biomolecula.ru публикуем журнальный вариант статьи, которая была представлена на конкурс «Био/мол/текст»-2022/2023 в номинации «Своя работа».

«Глаз, как у орла» — говорят про людей с особо острым зрением, что не случайно. Коршуны и орлы способны разглядеть маленькую мышь с расстояния в несколько десятков и даже сотню метров — это необходимо для успешной охоты и выживания в целом. Строение глаза у этих птиц и впрямь уникально и заметно отличается от человеческого.

Если говорить об анатомии, то размер глаза птиц наибольший по отношению к величине тела среди всего царства животных, а сетчатка замощена фоторецепторными клетками с высочайшей плотностью. Цилиарные (ресничные) мышцы обеспечивают мгновенную аккомодацию хрусталика, а специальный глазной гребень позволяет значительно уменьшить количество кровеносных сосудов на сетчатке и повышает её чувствительность*. Сетчатка птиц так же, как и у большинства других животных, содержит два вида фоторецепторов — палочки и колбочки. Первые не чувствительны к цвету и отвечают прежде всего за ночное зрение, тогда как вторые полностью обеспечивают цветное зрение.

* Глазной гребень представляет собой гребенчатую структуру кровеносных сосудов, принадлежащих сосудистой оболочке глаза птицы. У других позвоночных сетчатка содержит большое количество сосудов, необходимых для транспорта питательных веществ, и прежде чем достигнуть фоторецептора, свет может рассеиваться на этих сосудах, что не очень хорошо сказывается на зрении. А у птиц, благодаря глазному гребню, эта проблема решается.

Яркое отличие глаза птицы — наличие не трёх, как у человека, а четырёх или даже пяти типов одинарных колбочек (рис. 1): «красные» (LWS), «зелёные» (MWS), «синие» (SWS), а также «фиолетовые» (VS) и «ультрафиолетовые» (UVS). Среди фоторецепторных клеток птиц есть ещё и двойные колбочки, но останавливаться на них мы не будем.

Рис. 1. Диапазон чувствительности зрительных пигментов в одинарных колбочках сетчатки обыкновенного скворца (A) и обыкновенного канюка (B) заметно шире, чем у человека (C). Диапазон чувствительности зрительного пигмента в палочках сетчатки отмечен пунктирной линией. Рисунок (с изменениями) на основе данных статьи: Lind O., Mitkus M., Olsson P. & Kelber A. (2013). Ultraviolet sensitivity in raptors and its importance in foraging behavior. Journal of Experimental Biology, 216(10), 1819—1826 и обзора: Cuthill I. C., Partridge J. C. еt al. Ultraviolet Vision in Birds, in: Advances in the Study of Behavior, V. 29, Academic Press, 2000, p.159—214.

Палитра колбочек у птиц отличается от вида к виду: некоторые различают цвета так же, как человек, другие наблюдают больше оттенков фиолетового, а кто-то из них видит даже ультрафиолет (УФ). У последних УФ-излучение, а точнее его часть, наиболее близкая по энергии к видимому излучению (УФ-А), проникает через все оптические элементы глаза — роговицу, хрусталик, водянистую влагу и стекловидное тело — и беспрепятственно доходит до сетчатки (рис. 2). Там свет поглощается и преобразуется в нервный импульс. Такая картина характерна для большинства воробьиных, голубей, колибри и многих других видов птиц.

Рис. 2. Схема глаза с прозрачными для УФ-А-излучения оптическими элементами, характерная для многих видов птиц. Рисунки Натальи Осик.

Восприятие ультрафиолета играет большую роль в жизни этих пернатых: при коммуникации, поиске пищи, обнаружении хищника и во время охоты. Но реальность такова, что сетчатка дневных хищных птиц, как правило, не настроена на ультрафиолет: максимум восприятия их «фиолетовых» колбочек приходится на 400 нм (рис. 1B). Но хотя максимум чувствительности и не попадает в УФ-область, ширина спектра всё же обеспечивает поглощение данного типа излучения колбочками. Кроме того, палочки тоже имеют достаточно широкий спектр восприятия: от 300 до 600 нм. Выходит, что у многих птиц, в частности у дневных хищников, сетчатка восприимчива к излучению, начиная с ближнего УФ-А-диапазона. Но всем ли птицам так необходимо видеть ультрафиолетовое излучение?

О хрусталике и хроматической аберраци

Итак, глаз птицы — почти идеальная оптическая система, но даже в ней есть недостатки. Например, дисперсия света в хрусталике приводит к хроматической аберрации. Что это такое и почему это плохо?

Хроматической аберрацией называется искажение изображения при прохождении света через преломляющие оптические элементы, вызванное зависимостью показателя преломления от длины волны излучения, то есть дисперсией. Представим пучок белого света. Этот свет полихроматический, то есть состоит из множества лучей разных цветов и, соответственно, длин волн. При прохождении через прозрачную призму каждый луч преломляется со своим коэффициентом преломления и белый световой пучок раскладывается на цветовой спектр (рис. 3). То же самое происходит при прохождении света через собирающую линзу: цветные лучи сфокусируются на разном расстоянии от линзы, и световой поток будет собран не в точку, а в пятно конечного размера.

Рис. 3. Разложение белого светового луча в цветной спектр при прохождении через стеклянную призму. Фото: D-Kuru/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0линзу

Хрусталик глаза по сути ничем не отличается от обычной собирающей линзы. Соответственно, в хрусталике никуда не деться от дисперсии света. Поэтому после прохождения через все преломляющие элементы глаза изображение на сетчатке будет размытым (рис. 4). Наибольший вклад в хроматические аберрации и размытие изображения на сетчатке вносит ультрафиолетовое излучение, так как его показатель преломления наибольший, по сравнению со всеми цветами видимого диапазона. Это, конечно, относится только к тем животным, сетчатка которых воспринимает УФ, — таких в мире достаточно много, включая и некоторых птиц.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Добрый» диктатор «Добрый» диктатор

Хрущёв искренне пытался улучшить жизнь народа. Но получилось... как всегда?

Дилетант
Роскошь для себя Роскошь для себя

Это не первое интервью с Александрой Ребенок. Но первое в таком формате

OK!
Новогодний сюрприз Новогодний сюрприз

Борис Николаевич Ельцин был горазд на сюрпризы

Дилетант
Надежда Бабкина: «Красотой русских женщин восторгается весь мир!» Надежда Бабкина: «Красотой русских женщин восторгается весь мир!»

Как Надежда Бабкина пришла к гармонии между внутренним и внешним?

Добрые советы
Павел Когоут Павел Когоут

Статья о чешском писателе, участнике «Пражской весны» Павле Когоуте

Дилетант
Перспективы туризма на Чукотке: маршруты, мифы и природа Перспективы туризма на Чукотке: маршруты, мифы и природа

Чукотка активно развивает сферу туризма и восстанавливает турпоток

ФедералПресс
Вернуть награды императору! Вернуть награды императору!

Недавно в Петербурге завершилась масштабная реставрация памятника Николаю I

Дилетант
Олег Кожемяко: «Приморье преодолело негативные последствия санкций» Олег Кожемяко: «Приморье преодолело негативные последствия санкций»

Приморский край играет ведущую роль в объявленном президентом курсе на Восток

ФедералПресс
Одна против всех Одна против всех

Сериал «Литвиненко» демонстрирует, что за каждым героем стоит героиня

Дилетант
Деньги есть? А если найду Деньги есть? А если найду

Где бизнесу взять инвестиции

FP. BusinessReview
Электрический ключ к прекрасному Электрический ключ к прекрасному

Ученые исследуют нейрофизиологические механизмы восприятия произведений живописи

Наука
«Любовь — это еще не все»: 3 горькие истины «Любовь — это еще не все»: 3 горькие истины

Любовь — не лекарство от всех болезней и не решение всех проблем

Psychologies
Разумный Макс Разумный Макс

Флагманский кроссовер Chery дебютирует обновленным

Автопилот
Вы в порядке? Вы в порядке?

Что такого, если один в отношениях аккуратист, а другой грязнуля?

VOICE
Фокусы престолов Фокусы престолов

«Зимний король»: артуровские легенды в формате «как оно было на самом деле»

Weekend
Остановить отток капитала из России: варианты развития событий Остановить отток капитала из России: варианты развития событий

Президент призвал правительство контролировать отток капитала из страны

ФедералПресс
Черный список продуктов, которых стоит избегать перед авиаперелетом Черный список продуктов, которых стоит избегать перед авиаперелетом

Если вы не хотите, чтобы полет превратился в пытку, следуйте этим рекомендациям

ТехИнсайдер
Как подключить компьютер к компьютеру: обмениваемся файлами без флешек и внешних дисков Как подключить компьютер к компьютеру: обмениваемся файлами без флешек и внешних дисков

Как передать файлы между компьютерами?

CHIP
Хижина дяди Трампа Хижина дяди Трампа

«Звук свободы»: история борца с торговлей детьми

Weekend
Котик на батарейках Котик на батарейках

Откуда в китайском спортседане столько немецкого?

Автопилот
Как отличить здоровые границы от эмоциональных стен — проверьте себя Как отличить здоровые границы от эмоциональных стен — проверьте себя

Почему эмоциональные стены, в отличие от границ, нам вредят?

Psychologies
В ответе за все В ответе за все

Энергии Александра Петрова можно только позавидовать

OK!
Смертельный челлендж: в США подросток умер от одного ломтика острых чипсов Смертельный челлендж: в США подросток умер от одного ломтика острых чипсов

Эти чипсы настолько острые, что могут привести к летальному исходу

ТехИнсайдер
Ананасы в шампанском. О чем и как писал Игорь Северянин Ананасы в шампанском. О чем и как писал Игорь Северянин

Как Игорю Северянину удалось стать «королем поэтов»?

СНОБ
Лихачева, Сапрыкин, Михайлова — о тревожном мире и неопределенности Лихачева, Сапрыкин, Михайлова — о тревожном мире и неопределенности

Что вызывает тревогу прямо сейчас и можно ли с этим справиться?

РБК
Лесам выдают паспорта Лесам выдают паспорта

Неисчерпаемость лесных ресурсов России может быстро подойди к концу

Наука
5 предметов, которые исчезли из школьной программы. Навсегда ли? 5 предметов, которые исчезли из школьной программы. Навсегда ли?

Возможно, школьные дисциплины времен СССР пригодились бы и сегодня?

Psychologies
«Одна ночь»: как память о насилии не отпускает жертву и свидетелей даже спустя 20 лет «Одна ночь»: как память о насилии не отпускает жертву и свидетелей даже спустя 20 лет

«Одна ночь»: история о том, что о насилии нельзя молчать

Forbes
Утренний и вечерний фитнес Утренний и вечерний фитнес

Когда надо тренироваться – утром или вечером? Свои плюсы и минусы есть во всём

Здоровье
Спасти мир от самого себя Спасти мир от самого себя

Непростая история одного из создателей атомной бомбы

Наука
Открыть в приложении