Kako muva vidi svijet. Sa stanovišta insekta

Mozak muhe jedva da je veći od rupe na igli za šivenje. Ali muva, sa takvim mozgom, uspeva da obradi više od stotinu statičnih slika (frejmova) u sekundi. Kao što znate, osoba ima ograničenje - oko 25 sličica u sekundi. I muva je našla jednostavnije i efikasan metod obrada slike. I to nije moglo ne zainteresirati istraživače u oblasti robotike.

Utvrđeno je da muhe obrađuju 100 sličica u sekundi. A to im omogućava da otkriju prepreku tokom leta u roku od nekoliko milisekundi (milisekunda je hiljaditi dio sekunde). Istraživači su posebno fokusirali svoju pažnju na optičke tokove, koje su nazvali "tokovima optičkog polja". Čini se da ovo optičko polje obrađuje samo prvi sloj neurona. Oni obrađuju "grubi" sirovi signal iz "piksela" svake muhe. I šalju obrađene informacije sljedećem sloju neurona. I, prema istraživačima, postoji samo 60 ovih sekundarnih neurona u svakoj hemisferi mozga muva. Međutim, mozak muhe uspijeva smanjiti ili fragmentirati vidno polje na mnoge "vektore kretanja" koji teku uzastopno, koji muhi daju vektor smjera i "trenutnu" brzinu. A ono što je zanimljivo je da muva sve vidi!

Mi, ljudi (i ne svi), znamo šta su vektor i trenutna brzina. Muva o ovim stvarima, naravno, nema pojma. I na takve sposobnosti mozga muhe da obradi velika količina na informacijama se može samo pozavidjeti. I zašto vidimo samo oko 50 kadrova u sekundi, a muhu 100? Teško je reći, ali postoje razumne pretpostavke o tome. Kako poleti muva? Gotovo "trenutno", uz ogromno ubrzanje. Teško smo izdržali takvo preopterećenje. Ali moguće je stvoriti robotski mozak, koji po brzini obrade tokova informacija neće ustupiti mozgu muhe.

Kako bi pokušali razumjeti kako mozak male muhe može obraditi tako ogromnu količinu informacija, istraživači u Minhenu su kreirali "simulator muhe" za muvu. Muva je mogla letjeti, ali je držana na uzici. Elektrode su zabilježile reakciju moždanih stanica muhe. Istraživači su pokušali da shvate šta se dešava u mozgu muve tokom leta.

Prvi rezultati su očigledni. Muhe obrađuju slike iz svojih fiksiranih očiju na sasvim drugačiji način od ljudi. Kada se muva kreće u svemiru, u njenom mozgu se formiraju "polja optičkog toka", koja muši daju smjer kretanja.

Kako bi to čovjek vidio? Na primjer, pri kretanju naprijed, okolni objekti bi se trenutno raspršili u stranu. A objekti u vidnom polju bi izgledali veći nego što zaista jesu. I čini se da se obližnji i udaljeni objekti kreću drugačije.

Brzina i smjer kojim objekti bljeskaju pred očima muhe tipični obrasci vektori kretanja - tokovi polja. Koje u drugoj fazi obrade slike dosežu takozvanu "lobulnu ploču" - centar vida je više visoki nivo. U svakoj hemisferi mozga muva postoji samo 60 nervne celije odgovoran za viziju. Svaka od ovih nervnih ćelija reaguje samo na signal određenog intenziteta.

Ali za analizu optičkih tokova važne su informacije koje dolaze iz dva oka u isto vrijeme. Ovu vezu obezbjeđuju posebni neuroni zvani "VS ćelije". Oni omogućavaju mušici da precizno procijeni svoju lokaciju u svemiru i brzinu leta. Čini se da su "VS ćelije" odgovorne za prepoznavanje i reagovanje na moment koji se primenjuje na letelicu tokom njegovih manevara leta.

Istraživači robotike rade na razvoju robota koji mogu posmatrati okruženje koristeći digitalne kamere, proučavaju ono što vide i adekvatno reaguju na promjenjivu trenutnu situaciju. I efikasno i bezbedno komunicirati i komunicirati sa ljudima.

Na primjer, već je u toku razvoj malog letećeg robota čiju će poziciju i brzinu leta kontrolirati kompjuterski sistem koji oponaša viziju muhe.

Oko insekta pri velikom povećanju izgleda kao mala rešetka.

To je zato što se oko insekta sastoji od mnogo malih aspekata. Zovu se oči insekata faceted. Zove se mala očna faseta ommatidium. Ommatidium ima oblik dugog uskog konusa, čija je osnova sočivo koje izgleda kao šesterokut. Otuda i naziv složenog oka: faceta prevedeno sa francuskog znači "ivica".

Svežanj ommatidija čini složeno, okruglo oko insekta.

Svaki omatidijum ima vrlo ograničeno vidno polje: ugao gledanja omatidije u središnjem dijelu oka je samo oko 1°, a na rubovima oka - do 3°. Omatidijum "vidi" samo onaj sićušni deo predmeta ispred svojih očiju, na koji je "uperen", odnosno kamo je usmeren nastavak njegove ose. Ali budući da su ommatidije usko susjedne jedna uz drugu, a njihove ose u okruglom oku se razilaze poput zraka, cijelo složeno oko obuhvata predmet kao cjelinu. Štaviše, slika predmeta se u njemu dobija kao mozaik, odnosno sastavljen od zasebnih delova.

Broj ommatidija u oku varira kod različitih insekata. Mrav radilica u svom oku ima samo oko 100 ommatidija, kućna muva oko 4.000, pčela radilica 5.000, leptiri do 17.000, a vretenci do 30.000! Dakle, vizija mrava je vrlo osrednja, dok ogromne oči vretenca - dvije preljevne hemisfere - pružaju maksimalno vidno polje.

Zbog činjenice da se optičke osi ommatidija razilaze pod kutovima od 1-6°, jasnoća slike insekata nije vrlo visoka: ne razlikuju fine detalje. Osim toga, većina insekata je kratkovidna: oni vide okolne objekte na udaljenosti od samo nekoliko metara. Ali složene oči savršeno su u stanju razlikovati treperenje (treptanje) svjetlosti s frekvencijom do 250-300 herca (za osobu, granična frekvencija je oko 50 herca). Oči insekata mogu odrediti intenzitet svjetlosnog toka (svjetlina), a osim toga, imaju jedinstvenu sposobnost: mogu odrediti ravan polarizacije svjetlosti. Ova sposobnost im pomaže da se kreću kada se sunce ne vidi na nebu.

Insekti vide boje, ali ne na isti način kao mi. Na primjer, pčele "ne poznaju" crvenu boju i ne razlikuju je od crne, ali opažaju nevidljivu za nas. ultraljubičastih zraka, koji se nalaze na suprotnom kraju spektra. Neki leptiri, mravi i drugi insekti također razlikuju ultraljubičasto svjetlo. Inače, upravo sljepoća insekata oprašivača naše trake za crvenu boju objašnjava zanimljivu činjenicu da među našom divljom florom nema biljaka s grimiznim cvjetovima.

Svjetlost koja dolazi od sunca nije polarizirana, odnosno njegovi fotoni imaju proizvoljnu orijentaciju. Međutim, prolazeći kroz atmosferu, svjetlost je polarizirana kao rezultat raspršivanja molekulima zraka, te je u tom slučaju ravnina njene polarizacije uvijek usmjerena prema suncu.

Između ostalog...

Osim složenih očiju, insekti imaju još tri jednostavna ocela promjera 0,03-0,5 mm, koji se nalaze u obliku trokuta na fronto-parijetalnoj površini glave. Ove oči nisu prilagođene za razlikovanje predmeta i potrebne su za sasvim drugu svrhu. Oni mjere prosječan nivo osvjetljenja, koji se koristi kao referentna tačka („nulti signal“) u obradi vizuelnih signala. Ako su ove oči zalijepljene za insekta, on zadržava sposobnost prostorne orijentacije, ali može letjeti samo pri jačoj svjetlosti nego inače. Razlog tome je što zalijepljene oči uzimaju crno polje kao „srednji nivo“ i tako složenim očima daju širi raspon osvjetljenja, a to shodno tome smanjuje njihovu osjetljivost.

I muhe i pčele imaju pet očiju. Tri jednostavne oči smještene u gornjem dijelu glave (moglo bi se reći, na tjemenu), a dvije složene, odnosno fasetirane, na bočnim stranama glave. Složene oči muva, pčela (kao i leptira, vretenaca i nekih drugih insekata) predmet su entuzijastičnog proučavanja naučnika. Činjenica je da su ovi organi vida veoma interesantni. Sastoje se od hiljada pojedinačnih šestouglova, ili, naučno rečeno, faseta. Svaka od faseta je minijaturno oko koje daje sliku zasebnog dijela predmeta. U složenim očima kućne muhe ima oko 4.000 aspekata, kod pčele radilice - 5.000, u trutu - 8.000, u leptira - do 17.000, u vilinog konjica - do 30.000. insekti šalju u mozak nekoliko hiljada slika pojedinačnih delova predmeta, koje se, iako se stapaju u sliku objekta kao celine, ipak izgleda kao da je presavijen iz mozaika.

Zašto su vam potrebne složene oči? Vjeruje se da se uz njihovu pomoć insekti orijentiraju u letu. Dok su jednostavne oči dizajnirane za ispitivanje objekata koji su blizu. Dakle, ako pčela ukloni ili zalijepi složene oči, onda se ponaša kao slijepa pčela. Ako su jednostavne oči zalijepljene, onda se čini da insekt ima sporu reakciju.

1,2 -Fasetirane (složene) oči pčele ili muhe
3 -tri jednostavna oka pčele ili muhe

Pet očiju omogućava insektima da pokriju 360 stepeni, odnosno da vidite sve što se dešava ispred, sa obe strane i iza. Možda je zato tako teško prići muvi neotkriveno. A ako uzmete u obzir da složene oči mnogo bolje vide pokretni predmet od nepokretnog, onda se samo može zapitati kako čovjek ponekad uspije ošamariti muvu novinama!

Posebnost insekata sa složenim očima da uhvate i najmanji pokret prikazana je u sljedećem primjeru: ako pčele i muhe sjednu s ljudima da gledaju film, onda će im se činiti da dvonožni gledaoci dugo gledaju jedan kadar. pre nego što pređete na sledeću. Da bi insekti mogli gledati film (a ne pojedinačne kadrove, poput fotografije), film projektora se mora uvrnuti 10 puta brže.

Vrijedi li zavidjeti očima insekata? Vjerovatno ne. Na primjer, oči muhe vide mnogo, ali nisu sposobne da gledaju izbliza. Zato hranu (kapljicu džema, na primjer) otkrivaju tako što puze po stolu i bukvalno nabasaju na nju. A pčele, zbog posebnosti svog vida, ne razlikuju crvenu boju - za njih je crna, siva ili plava.

Pitanje „Koliko očiju imaš? obična muva?" nije tako jednostavno kao što se čini. Dva velike oči koji se nalaze na bočnim stranama glave, mogu se vidjeti golim okom. Ali u stvari, uređaj mušinih organa vida mnogo je složeniji.

Ako pogledate uvećanu sliku očiju muhe, možete vidjeti da su one slične saću i da se sastoje od mnogo pojedinačnih segmenata. Svaki dio je u obliku šesterokuta ispravne ivice. Odatle potiče naziv takve strukture oka - faseta ("faceta" na francuskom znači "ivica"). Mnogi i neki člankonošci mogu se pohvaliti složenim složenim očima, a muva je daleko od šampiona po broju faseta: ima samo 4.000 faseta, a vretenci oko 30.000.

Ćelije koje vidimo zovu se ommatidija. Ommatidije su konusnog oblika, čiji se uski kraj proteže duboko u oko. Konus se sastoji od ćelije koja percipira svjetlost i sočiva zaštićenog providnom rožnicom. Sve ommatidije su usko pritisnute jedna uz drugu i povezane rožnicom. Svako od njih vidi "svoj" fragment slike, a mozak te male slike zbraja u jednu cjelinu.

Položaj velikih složenih očiju razlikuje se između ženki i mužjaka. Kod mužjaka su oči blisko postavljene, dok su kod ženki više razmaknute, jer imaju čelo. Ako pogledate muhu pod mikroskopom, tada u sredini glave iznad fasetiranih organa vida možete vidjeti tri male tačke raspoređene u trokut. U stvari, ove tačke su jednostavne oči.

Ukupno, muva ima jedan par složenih očiju i tri jednostavna - ukupno pet. Zašto je priroda krenula tako teškim putem? Činjenica je da je fasetirana vizija formirana kako bi se prije svega pogledom obuhvatio što više prostora i uhvatio pokret. Ove oči obavljaju glavne funkcije. Jednostavnim očima mušica je bila "obezbeđena" da meri nivo osvetljenja. Složene oči su glavni vidni organ, a jednostavne su sekundarne. Da muva nema jednostavne oči, bila bi sporija i mogla bi letjeti samo pri jakom svjetlu, a bez složenih očiju bila bi slijepa.

Kako muva vidi svijet?

Velike konveksne oči omogućavaju mušici da vidi sve oko sebe, odnosno ugao gledanja je 360 ​​stepeni. Duplo je širi od ljudskog. Fiksne oči insekta gledaju istovremeno na sve četiri strane. Ali oštrina vida muhe je skoro 100 puta manja od ljudske!

Pošto je svaki omatidijum nezavisna ćelija, slika je mrežasta, koja se sastoji od hiljada zasebnih malih slika koje se međusobno nadopunjuju. Stoga je svijet za muhu sastavljena slagalica, koja se sastoji od nekoliko hiljada dijelova, i prilično nejasna. Više ili manje jasno, insekt vidi samo na udaljenosti od 40 - 70 centimetara.

Muva je u stanju razlikovati boje, pa čak i nevidljiva ljudsko oko polarizovano svetlo i ultraljubičasto. Oko muhe osjeti i najmanju promjenu u sjaju svjetlosti. Ona je u stanju da vidi sunce skriveno gustim oblacima. Ali u mraku, muhe slabo vide i vode pretežno dnevni način života.

Još jedna zanimljiva sposobnost muhe je brza reakcija na pokret. Muva opaža objekt koji se kreće 10 puta brži od čoveka. Lako "izračunava" brzinu nekog objekta. Ova sposobnost je od vitalnog značaja za određivanje udaljenosti do izvora opasnosti i postiže se "prenošenjem" slike iz jedne ćelije - ommatidija u drugu. Aeronautički inženjeri su usvojili ovu osobinu mušjine vizije i razvili uređaj za izračunavanje brzine letećeg aviona, ponavljajući strukturu njegovog oka.

Zahvaljujući ovoj brzoj percepciji, muhe žive u usporenoj stvarnosti u odnosu na nas. Pokret koji traje sekundu, s ljudske tačke gledišta, muva doživljava kao akciju od deset sekundi. Sigurno im se ljudi čine veoma sporim stvorenjima. Mozak insekata radi brzinom superkompjutera, prima sliku, analizira je i prenosi odgovarajuće komande tijelu u hiljaditim dijelovima sekunde. Stoga nije uvijek moguće oboriti muvu.

Dakle, tačan odgovor na pitanje "Koliko očiju ima obična muva?" će biti broj pet. Glavni su upareni organ u mušici, kao kod mnogih živih bića. Zašto je priroda stvorila upravo tri jednostavna oka ostaje misterija.

Sa stanovišta insekta

Smatra se da do 90% znanja o vanjski svijet osoba prima uz pomoć svog stereoskopskog vida. Zečevi su stekli periferni vid, zahvaljujući kojem mogu vidjeti predmete koji se nalaze sa strane, pa čak i iza njih. Kod dubokomorskih riba oči mogu zauzeti do polovine glave, a parijetalno "treće oko" lampuge omogućava joj da se dobro snalazi u vodi. Zmije mogu vidjeti samo pokretni objekt, a oči sivog sokola prepoznate su kao najbudnije na svijetu, sposobne pratiti plijen s visine od 8 km!

Ali kako predstavnici najbrojnije i najraznovrsnije klase živih bića na Zemlji, insekti, vide svijet? Uz kralježnjake, od kojih gube samo po veličini tijela, insekti imaju najsavršeniji vid i složenu strukturu. optički sistemi oči. Iako složene oči insekata nemaju akomodaciju, zbog čega se mogu nazvati kratkovidnim, oni, za razliku od ljudi, mogu razlikovati objekte koji se izuzetno brzo kreću. A zahvaljujući uređenoj strukturi svojih fotoreceptora, mnogi od njih imaju pravo "šesto čulo" - polarizovan vid.

Vizija bledi - moja snaga,
Dva nevidljiva dijamantska koplja...
A. Tarkovsky (1983)

Teško je precijeniti vrijednost Sveta(elektromagnetno zračenje vidljivog spektra) za sve stanovnike naše planete. sunčeva svetlost služi kao glavni izvor energije za fotosintetske biljke i bakterije, a posredno preko njih - za sve žive organizme zemljine biosfere. Svetlost direktno utiče na tok čitave raznovrsnosti životnih procesa životinja, od reprodukcije do sezonskih promena boje. I, naravno, zahvaljujući percepciji svjetlosti posebna tijela osjećanja, životinje primaju značajan (a često i većinu) informacija o svijetu oko sebe, mogu razlikovati oblik i boju predmeta, odrediti kretanje tijela, kretati se u prostoru itd.

Vizija je posebno važna za životinje koje se mogu aktivno kretati u svemiru: s pojavom mobilnih životinja počele su se formirati i poboljšavati vizuelni aparat- najkompleksniji od svih poznatih senzornih sistema. Takve životinje uključuju kralježnjake, a među beskičmenjacima, glavonošce i insekte. Upravo ove grupe organizama mogu se pohvaliti najsloženijim organima vida.

Međutim, vizualni aparat ovih grupa značajno se razlikuje, kao i percepcija slika. Vjeruje se da su insekti u cjelini primitivniji od kralježnjaka, a da ne spominjemo njihov viši nivo - sisari i, naravno, ljudi. Ali koliko se razlikuju njihove vizuelne percepcije? Drugim riječima, koliko se razlikuje od našeg svijeta, gledano očima malog stvorenja zvanog muva?

Šestougaoni mozaik

Vizualni sistem insekata se u principu ne razlikuje od sistema drugih životinja i sastoji se od perifernih organa vida, nervnih struktura i formacija centralnog nervni sistem. Ali što se tiče morfologije organa vida, ovdje su razlike jednostavno upadljive.

Kompleks je svima poznat faceted oči insekata, koje se nalaze kod odraslih insekata ili u ličinkama insekata koje se razvijaju iz nepotpuna transformacija, tj. bez stadija kukuljice. Od ovog pravila nema toliko izuzetaka: to su buhe (red Siphonaptera), ptice s lepezastim krilima (red Strepsiptera), većina srebrnih ribica (porodica Lepismatidae) i čitava klasa kriptomaksilara (Entognatha).

Složeno oko izgleda kao korpa zrelog suncokreta: sastoji se od skupa faseta ( ommatidian) - autonomni prijemnici svjetlosnog zračenja, koji imaju sve što je potrebno za regulaciju svjetlosnog toka i formiranje slike. Broj aspekata uvelike varira: od nekoliko kod čekinja (red Thysanura) do 30 hiljada kod vretenaca (red Aeshna). Iznenađujuće, broj ommatidija može varirati čak i unutar jedne sistematske grupe: na primjer, brojne vrste zemljanih buba koje žive na otvorenim prostorima imaju dobro razvijene složene oči sa velika količina ommatidija, dok su u zemljanih buba koji žive ispod kamenja, oči jako reducirane i sastoje se od malog broja ommatidija.

Gornji sloj ommatidije predstavljen je rožnicom (lećom) - dijelom prozirne kutikule koju izlučuju posebne ćelije, a koja je vrsta heksagonalne bikonveksne leće. Ispod rožnice kod većine insekata nalazi se prozirni kristalni konus, čija struktura može varirati različite vrste. Kod nekih vrsta, posebno onih koje vode noćni način života, postoje dodatne strukture u aparatu za prelamanje svjetlosti, koje uglavnom igraju ulogu antirefleksnog premaza i povećavaju prijenos svjetlosti oka.

Slika koju formiraju sočivo i kristalni konus pada na fotoosjetljive retinal(vizualne) ćelije, koje su neuron sa kratkim repnim aksonom. Nekoliko stanica retine formira jedan cilindrični snop - retinulus. Unutar svake takve ćelije, na strani okrenutoj prema unutra, nalazi se ommatidijum rabdomer- posebna formacija mnogih (do 75-100 hiljada) mikroskopskih cijevi-resica, čija membrana sadrži vizualni pigment. Kao i svi kralježnjaci, ovaj pigment je rodopsin- kompleksno obojeni protein. Zbog ogromne površine ovih membrana, neuron fotoreceptora sadrži veliki broj molekule rodopsina (na primjer, u voćnoj mušici Drosophila ovaj broj prelazi 100 miliona!).

Rabdomeri svih vizuelnih ćelija kombinovani u rabdom, i su osjetljivi na svjetlo, receptorski elementi složenog oka, a sve retinule zajedno čine analog naše retine.

Aparat faseta koji lomi svjetlost i osjetljiv je na svjetlost duž perimetra okružen je stanicama s pigmentima, koji igraju ulogu izolacije svjetlosti: zahvaljujući njima, svjetlosni tok, prelamajući, pada na neurone samo jednog ommatidija. Ali ovako su raspoređene aspekte u tzv photopic oči prilagođene jakom dnevnom svjetlu.

Za vrste koje vode sumračni ili noćni način života, karakteristične su oči drugačijeg tipa - scotopic. Takve oči imaju niz prilagodbi za nedovoljnu izlaznu svjetlost, na primjer, vrlo veliki rabdomeri. Osim toga, u ommatidiji takvih očiju pigmenti koji blokiraju svjetlost mogu slobodno migrirati unutar ćelija, tako da svjetlosni tok može doći do vizuelne ćelije susjedna ommatidija. Ovaj fenomen leži u osnovi tzv mračna adaptacija oko insekata - povećanje osjetljivosti oka pri slabom svjetlu.

Kada rabdomeri apsorbuju svetlosne fotone, nastaju ćelije retine nervnih impulsa, koji se šalju duž aksona do uparenih vidnih režnjeva mozga insekata. U svakom vidnom režnju postoje tri asocijativna centra, u kojima se vrši obrada toka vizuelnih informacija, koje istovremeno dolaze iz više aspekata.

Jedan do trideset

Prema drevnim legendama, ljudi su nekada imali "treće oko" odgovorno za ekstrasenzornu percepciju. Za to nema dokaza, ali ista lampuga i druge životinje, poput guštera tuatare i nekih vodozemaca, imaju neobične organe osjetljive na svjetlost na "pogrešnom" mjestu. I u tom smislu, insekti ne zaostaju za kralježnjacima: pored uobičajenih složenih očiju, imaju male dodatne oči - ocelli nalazi se na fronto-parijetalnoj površini, i stemma- sa strane glave.

Ocelli se uglavnom nalaze kod dobro letećih insekata: odraslih (kod vrsta s potpunom metamorfozom) i ličinki (kod vrsta s nepotpunom metamorfozom). U pravilu su to tri oka smještena u obliku trokuta, ali ponekad srednje jedno ili dva bočna mogu izostati. Po strukturi, ocelli su slični ommatidiji: ispod sočiva koje lomi svjetlost, imaju sloj prozirnih stanica (analogno kristalnom konusu) i mrežnicu retine.

Stemma se može naći u larvama insekata koje se razvijaju potpunom metamorfozom. Njihov broj i lokacija variraju ovisno o vrsti: na svakoj strani glave može se nalaziti od jednog do trideset ocela. Kod gusjenica je češće šest očiju, raspoređenih tako da svako od njih ima zasebno vidno polje.

U različitim redovima insekata, stabljike se mogu razlikovati jedna od druge po strukturi. Ove razlike su moguće povezane s njihovim porijeklom iz različitih morfoloških struktura. Dakle, broj neurona u jednom oku može varirati od nekoliko jedinica do nekoliko hiljada. Naravno, to utiče na percepciju okolnog svijeta od strane insekata: ako neki od njih mogu vidjeti samo kretanje svjetlosti i tamne mrlje, onda drugi mogu prepoznati veličinu, oblik i boju predmeta.

Kao što možemo vidjeti, i stemma i ommatidia su analogi pojedinačnih faseta, iako modificiranih. Međutim, insekti imaju i druge "rezervne" opcije. Tako su neke ličinke (posebno iz reda Diptera) u stanju prepoznati svjetlost čak i sa potpuno zasjenjenim očima uz pomoć fotoosjetljivih stanica smještenih na površini tijela. A neke vrste leptira imaju takozvane genitalne fotoreceptore.

Sve takve fotoreceptorske zone su raspoređene na sličan način i predstavljaju akumulaciju nekoliko neurona ispod prozirne (ili prozirne) kutikule. Zbog takvih dodatnih "očija", larve Diptera izbjegavaju otvorene prostore, a ženke leptira ih koriste kada polažu jaja na zasjenjenim mjestima.

Fasetirani polaroid

Za šta su sposobne složene oči insekata? Kao što znate, svako optičko zračenje ima tri karakteristike: osvetljenost, domet(talasna dužina) i polarizacija(orijentacija oscilacija elektromagnetne komponente).

Insekti koriste spektralnu karakteristiku svjetlosti da registruju i prepoznaju objekte okolnog svijeta. Gotovo svi su u stanju da percipiraju svjetlost u rasponu od 300-700 nm, uključujući ultraljubičasti dio spektra koji je nedostupan kralježnjacima.

obično, različite boje percipiraju različita područja složeno oko insekti. Takva "lokalna" osjetljivost može varirati čak i unutar iste vrste, ovisno o spolu pojedinca. Često se u istoj omatidiji mogu naći različiti receptori za boju. Dakle, kod leptira iz roda Papilio dva fotoreceptora imaju vizuelni pigment sa maksimumom apsorpcije od 360, 400 ili 460 nm, još dva - 520 nm, a ostali - od 520 do 600 nm (Kelber et al., 2001).

Ali to nije sve što oko insekata može učiniti. Kao što je gore spomenuto, u vizualnim neuronima, fotoreceptorska membrana mikrovila rabdomera presavijena je u okruglu ili heksagonalnu cijev. Zbog toga neki od molekula rodopsina ne sudjeluju u apsorpciji svjetlosti zbog činjenice da su dipolni momenti ovih molekula paralelni putanji svjetlosnog snopa (Govardovsky, Gribakin, 1975). Kao rezultat toga, mikrovilus dobija dikroizam- sposobnost apsorpcije svjetlosti različito u zavisnosti od njene polarizacije. Povećanje polarizacione osjetljivosti ommatidija također je olakšano činjenicom da molekuli vizuelni pigment nisu nasumično smješteni u membrani, kao kod ljudi, već su orijentirani u jednom smjeru, a osim toga su i kruto fiksirani.

Ako oko može razlikovati dva izvora svjetlosti na osnovu njihovih spektralnih karakteristika, bez obzira na intenzitet zračenja, možemo govoriti o vid u boji . Ali ako to učini fiksirajući ugao polarizacije, kao u ovaj slučaj, imamo sve razloge da govorimo o polarizacionoj viziji insekata.

Kako insekti percipiraju polariziranu svjetlost? Na osnovu strukture omatidijuma može se pretpostaviti da svi fotoreceptori moraju istovremeno biti osetljivi i na određenu dužinu (dužine) svetlosnih talasa i na stepen polarizacije svetlosti. Ali u ovom slučaju može postojati ozbiljni problemi- tzv lažna percepcija boja. Dakle, svjetlost reflektirana od sjajne površine lišća ili površine vode je djelomično polarizirana. U tom slučaju, mozak, analizirajući podatke fotoreceptora, može pogriješiti u procjeni intenziteta boje ili oblika reflektirajuće površine.

Insekti su naučili da se uspješno nose s takvim poteškoćama. Dakle, kod brojnih insekata (prvenstveno muva i pčela), kod ommatidija koji percipiraju samo boju, formira se rabdom. zatvorenog tipa, u kojem rabdomeri ne kontaktiraju jedni s drugima. Istovremeno, imaju i ommatidiju sa uobičajenim ravnim rabdomima, koji su također osjetljivi na polarizirajuće svjetlo. Kod pčela se takve fasete nalaze uz rub oka (Wehner i Bernard, 1993). Kod nekih leptira otklanjaju se izobličenja u percepciji boja zbog značajne zakrivljenosti mikrovila rabdomera (Kelber et al., 2001).

Kod mnogih drugih insekata, posebno kod Lepidoptera, uobičajeni direktni rabdomi su očuvani u svim ommatidijama, tako da su njihovi fotoreceptori u stanju istovremeno percipirati i "obojeno" i polarizirano svjetlo. Štaviše, svaki od ovih receptora je osetljiv samo na određeni ugao polarizacije i određenu talasnu dužinu svetlosti. Ova složena vizuelna percepcija pomaže leptirima da se hrane i polažu jaja (Kelber et al., 2001).

nepoznata zemlja

Možete beskonačno ulaziti u značajke morfologije i biokemije oka insekata i još uvijek vam je teško odgovoriti na tako jednostavnu i u isto vrijeme nevjerojatno kompleksno pitanje: Kako insekti vide?

Čovjeku je teško uopće zamisliti slike koje nastaju u mozgu insekata. Ali svi bi trebali primijetiti da je to popularno danas teorija mozaičkog vida, prema kojem insekt vidi sliku u obliku svojevrsne slagalice od šesterokuta, ne odražava točno suštinu problema. Činjenica je da iako svaki pojedinačni aspekt hvata zasebnu sliku, koja je samo dio cijele slike, ove slike se mogu preklapati sa slikama dobivenim iz susjednih faseta. Stoga će slika svijeta dobivena pomoću ogromnog oka vretenca, koje se sastoji od hiljada minijaturnih fasetnih kamera, i „skromnog“ oka mrava sa šest aspekata, uvelike varirati.

U vezi vidna oštrina (rezoluciju sposobnost razlikovanja stepena disekcije objekata), tada se kod insekata određuje brojem faseta po jedinici konveksne površine oka, odnosno njihovom kutnom gustoćom. Za razliku od ljudi, oči insekata nemaju akomodaciju: radijus zakrivljenosti sočiva koje provode svjetlost u njima se ne mijenja. U tom smislu, insekti se mogu nazvati kratkovidnim: oni vide što više detalja, to su bliže objektu promatranja.

Istovremeno, insekti složenih očiju mogu razlikovati objekte koji se vrlo brzo kreću, što se objašnjava njihovim visokim kontrastom i malom inercijom. vizuelni sistem. Na primjer, osoba može razlikovati samo dvadesetak bljeskova u sekundi, ali pčela može razlikovati deset puta više! Ovo svojstvo je od vitalnog značaja za brzoleteće insekte koji moraju da donose odluke direktno u letu.

Slike u boji koje opažaju insekti mogu biti mnogo složenije i neobičnije od naših. Na primjer, cvijet koji nam se čini bijelim često u svojim laticama skriva mnoge pigmente koji mogu reflektirati ultraljubičasto svjetlo. A u očima insekata oprašivača blista mnogim šarenim nijansama - pokazateljima na putu do nektara.

Vjeruje se da insekti "ne vide" crvenu boju, koja u " čista forma” i izuzetno je rijedak u prirodi (s izuzetkom tropskih biljaka koje oprašuju kolibri). Međutim, crveno obojeno cvijeće često sadrži druge pigmente koji mogu reflektirati zračenje kratkih valova. A s obzirom da su mnogi insekti u stanju da percipiraju ne tri primarne boje, kao osoba, već više (ponekad i do pet!), onda bi njihove vizualne slike trebale biti samo ekstravagancija boja.

I konačno, „šesto čulo“ insekata je polarizovan vid. Uz njegovu pomoć, insekti uspijevaju vidjeti u svijetu oko sebe ono o čemu čovjek može dobiti samo slabu predstavu uz pomoć posebnih optičkih filtera. Insekti na ovaj način mogu precizno locirati sunce na oblačnom nebu i koristiti polariziranu svjetlost kao "nebeski kompas". A vodeni insekti u letu otkrivaju vodena tijela pomoću djelomično polarizirane svjetlosti reflektirane od vodene površine (Schwind, 1991.). Ali kakve slike "vide" u isto vrijeme, čovjek je jednostavno nemoguće zamisliti ...

Svako koga, iz ovog ili onog razloga, zanima vid insekata, može imati pitanje: zašto oni nisu formirali komorno oko, slično ljudskom oku, sa zjenicom, sočivom i drugim uređajima?

Jedan izvanredni američki teorijski fizičar jednom je iscrpno odgovorio na ovo pitanje, Nobelovac R. Feynman: „Ovo je ometano nešto prije zanimljivih razloga. Prije svega, pčela je premala: kada bi imala oko slično našem, ali shodno tome manje, tada bi veličina zenice bila reda veličine 30 mikrona, pa bi stoga difrakcija bila tolika da pčela i dalje ne bi mogla vidi bolje. Premalo oko nije baš dobro. Ako je takvo oko napravljeno dovoljne veličine, onda ne bi trebalo biti manje od glave same pčele. Vrijednost složenog oka leži u činjenici da praktički ne zauzima prostor - samo tanak sloj na površini glave. Zato prije nego što date savjet pčeli, ne zaboravite da ona ima svoje probleme!"

Stoga nije iznenađujuće što su insekti odabrali svoj put u vizualnom poznavanju svijeta. Da, i mi, da bismo to vidjeli sa gledišta insekata, morali bismo steći ogromne složene oči kako bismo održali uobičajenu vidnu oštrinu. Malo je vjerovatno da bi nam takva akvizicija bila korisna sa stanovišta evolucije. Svakome njegovo!

Književnost

Tyshchenko V.P. Fiziologija insekata. Moskva: Viša škola, 1986, 304 str.

Klowden M. J. Physiological Systems in Insects. Academ Press, 2007. 688 str.

Nation J. L. Insect Physiology and Biochemistry. Drugo izdanje: CRC Press, 2008.