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

Корниловский марш Корниловский марш

Лавр Корнилов был ровесником Ленина, в августе 1917 года ему исполнилось 47 лет

Дилетант
Глеб Калюжный и Юрий Стоянов Глеб Калюжный и Юрий Стоянов

Любимый динамический дуэт Стоянов — Калюжный снова в деле

Собака.ru
В постели с врагом В постели с врагом

Какие привычки больше всего раздражают нас (и их) в постели

Cosmopolitan
Миссия перевыполнима Миссия перевыполнима

Коммерческий директор Villagio Estate Алексей Коротких привык целиться масштабно

Men Today
На кемадеро в санбенито На кемадеро в санбенито

Инквизиция на долгое время стала чуть ли не символом Испании

Дилетант
Совы во льдах. Как американский орнитолог спасал рыбного филина на Дальнем Востоке Совы во льдах. Как американский орнитолог спасал рыбного филина на Дальнем Востоке

Отрывок из документального рассказа о Дальнем Востоке

СНОБ
Против империи Против империи

Имам Шамиль — лидер, благодаря которому жил Северо-Кавказский имамат

Дилетант
Деликатно о важном. Первые симптомы рака шейки матки Деликатно о важном. Первые симптомы рака шейки матки

Одна из проблем, связанных с раком шейки матки – вовремя распознать его симптомы

Лиза
Как в оранжерее Как в оранжерее

Лучшая гарантия здорового роста комнатных растений – своевременный уход

Лиза
Сериалы? Сериалы! Сериалы? Сериалы!

Почему сериалы заняли такое большое место в жизни современного человека?

Знание – сила
Котик на батарейках Котик на батарейках

Откуда в китайском спортседане столько немецкого?

Автопилот
Кукла, приятная во всех отношениях Кукла, приятная во всех отношениях

«Барби»: Грета Гервиг монетизирует критику капитализма

Weekend
Куда пропала правобережная мурома Куда пропала правобережная мурома

Находки с правого берега Оки позволили по-новому взглянуть на мурому

Наука
Создатель андроида Fedor: «Робот станет ассистентом» Создатель андроида Fedor: «Робот станет ассистентом»

Какие технологические прорывы нас ждут в области робототехники?

ФедералПресс
Феминизм нежного рода Феминизм нежного рода

Татьяна Антошина: перформативная керамика

Weekend
Гендиректор РЭО: когда в России избавятся от свалок Гендиректор РЭО: когда в России избавятся от свалок

Денис Буцаев: о промежуточных результатах реформы отрасли обращения с отходами

ФедералПресс
Детка, ты просто космос Детка, ты просто космос

Валери Зоидова о первой потерянной любви и несогласии со Скарлетт О'Харой

VOICE
Просто и со вкусом Просто и со вкусом

Удачный микс минимализма и скандинавского стиля в миниатюрной квартире-студии

Идеи Вашего Дома
Авиация Авиация

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

Robb Report
Как понять, что мужчина не видит в вас любимую женщину: 5 тревожных сигналов Как понять, что мужчина не видит в вас любимую женщину: 5 тревожных сигналов

Как понять, что в ваших отношениях что-то идет не так?

Psychologies
Интерьер на счастье Интерьер на счастье

Бюро объединило четыре квартиры на последнем этаже московской новостройки

SALON-Interior
Дизайнерский бутик Дизайнерский бутик

Владимир Пирожков, наверное, самый известный российский промышленный дизайнер

ТехИнсайдер
Стесняюсь спросить: как руководителю решать конфликты в коллективе? Стесняюсь спросить: как руководителю решать конфликты в коллективе?

Как управлять конфликтами в команде?

Правила жизни
Тянет на сладкое Тянет на сладкое

3 неожиданных причины, почему вам так хочется сладкого, и что с этим делать

Лиза
Алла Юганова: «Со мной никому не бывает скучно» Алла Юганова: «Со мной никому не бывает скучно»

Алла Юганова — о том, за что любит профессию и как подчеркнуть женственность

Здоровье
15 миллионов россиян находятся в глубокой депрессии: психолог объясняет причины 15 миллионов россиян находятся в глубокой депрессии: психолог объясняет причины

Почему россияне не обращаются за психологической помощью?

Psychologies
Памяти Невского Памяти Невского

Историческая реконструкция похода Александра Невского проходит уже третий год

Отдых в России
Алло, мы ищем таланты! Алло, мы ищем таланты!

Что делать, когда вы не знаете, где искать свое призвание?

Добрые советы
Почему мы сталкиваемся с одними и теми же проблемами в отношениях: 3 причины Почему мы сталкиваемся с одними и теми же проблемами в отношениях: 3 причины

Почему у некоторых в отношениях постоянно повторяются нездоровые сценарии?

Psychologies
«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
Открыть в приложении