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

Больше пены Больше пены

Что такое пена с точки зрения химии?

Наука и жизнь
Полезные бактерии. 5 простых способов восстановить микробиом кишечника Полезные бактерии. 5 простых способов восстановить микробиом кишечника

Налаженная работа пищеварительных органов – основа хорошего самочувствия

Лиза
Нечаянный император Нечаянный император

Николай I — царящий надо всеми жандарм, исполняющий свой государственный долг

Дилетант
Она раскрыла убийства: лучшие современные сериалы о женщинах-детективах Она раскрыла убийства: лучшие современные сериалы о женщинах-детективах

Исследуем образ героини, которая ищет преступников в современных сериалах

Forbes
От любви до ненависти и обратно От любви до ненависти и обратно

Советская интеллигенция возмутилась разносами, которые Хрущёв устроил художникам

Дилетант
Время доставки Время доставки

Можно ли на самом деле обуздать свою страсть к онлайн-шопингу?

VOICE
Месть пиратки Жанны Месть пиратки Жанны

За что и кому мстила предводительница пиратов?

Вокруг света
Совершенно запретно Совершенно запретно

Как Джон Хьюстон по заказу военных снял антивоенный фильм

Weekend
Как назвать кота: выбираем кличку питомцу Как назвать кота: выбираем кличку питомцу

Идеи-подсказки, как назвать нового друга

ТехИнсайдер
Мимо ехали евреи Мимо ехали евреи

«И ясно, что евреи виноваты, осталось только летопись найти»

Дилетант
Те и эти Те и эти

Как жила немецкая культура при нацизме

Weekend
Правила расхламления. Что стоит выбросить в первую очередь Правила расхламления. Что стоит выбросить в первую очередь

О правилах расхламления, которые по-настоящему работают

Лиза
Будущее вопросительно Будущее вопросительно

Алексей Андреев стоял у истоков русскоязычного сегмента интернета

Правила жизни
Искусство самопрезентации: как научиться рассказывать о себе в любой ситуации Искусство самопрезентации: как научиться рассказывать о себе в любой ситуации

Как правильно преподнести себя во время переговоров и на собеседовании

Forbes
Анна Хилькевич: «То, что нам нужно, обязательно придет» Анна Хилькевич: «То, что нам нужно, обязательно придет»

Актриса Анна Хилькевич уже вышла навстречу всему хорошему

VOICE
Ямальских овцебыков отправили на колыму Ямальских овцебыков отправили на колыму

14 полугодовалых овцебыков будут обживать колымскую тундру

ФедералПресс
Я — сноб. Главный редактор «Альпина.Проза» Татьяна Соловьева Я — сноб. Главный редактор «Альпина.Проза» Татьяна Соловьева

Татьяна Соловьева — том, почему она сноб

СНОБ
Одна против всех Одна против всех

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

Дилетант
История жулика: как Уэс Андерсон дает слово Роальду Далю и превращает кино в театр История жулика: как Уэс Андерсон дает слово Роальду Далю и превращает кино в театр

Почему новое кино Уэса Андерсона подойдет людям без воображения?

Forbes
Удар по почкам. 8 неожиданных привычек, которые могут навредить твоим почкам Удар по почкам. 8 неожиданных привычек, которые могут навредить твоим почкам

Есть привычки, которым мы не придаем значения, но которые вредят нашим почкам

Лиза
12 главных проблем, которые создает трезвый образ жизни 12 главных проблем, которые создает трезвый образ жизни

Почему воздержание от алкоголя — плохая идея

Maxim
Александр Чулок: «Ключевым показателем общества станет уровень счастья человека» Александр Чулок: «Ключевым показателем общества станет уровень счастья человека»

Что ждет человечество в 2050 году и какие тренды уже сейчас влияют на общество?

РБК
Куклы романтизма Куклы романтизма

Есть ли в мире бездушной и безжалостной техники место для романтиков?

Правила жизни
Святой затворник Святой затворник

Этим летом исполнилось 660 лет со дня основания Борисоглебского монастыря

Отдых в России
Учите меня жить Учите меня жить

Коуч: что это за специалист и как он на самом деле может помочь?

VOICE
Северяне в Эстонии Северяне в Эстонии

11 ноября 1918 года перемирием в Компьене закончилась Великая война

Дилетант
Авиация Авиация

Рекордно просторные салоны, близкая к рекордной скорость плюс забота об экологии

Robb Report
Разработчик приложения Ayana: «Языки и культуру малых народов спасет искусственный интеллект» Разработчик приложения Ayana: «Языки и культуру малых народов спасет искусственный интеллект»

Что собой представляет проект Ayana и какие возможности он открывает

ФедералПресс
Сбежавшая дочь и неудачные браки: одиночество Ларисы Удовиченко Сбежавшая дочь и неудачные браки: одиночество Ларисы Удовиченко

Лариса Удовиченко — яркая актриса СССР, которая заплатила за славу одиночеством

VOICE
«Звучит незнаемая лира…» «Звучит незнаемая лира…»

Кто такой Антиох Кантемир?

Знание – сила
Открыть в приложении