Așa cum o muscă vede lumea din jur. Perspectiva insectelor

Creierul unei muște este cu greu mai mare decât o gaură într-un ac de cusut. Dar o muscă, care posedă un astfel de creier, reușește să proceseze mai mult de o sută de imagini statice (cadre) pe secundă. După cum știți, oamenii au o limită de aproximativ 25 de cadre pe secundă. Iar musca a găsit o mai simplă și metodă eficientă procesarea imaginii. Și acest lucru nu putea să nu-i intereseze pe cercetătorii din domeniul roboticii.

S-a descoperit că muștele procesează 100 de cadre pe secundă. Și acest lucru le permite să detecteze un obstacol în timpul zborului în câteva milisecunde (o milisecundă este o miime de secundă). În special, cercetătorii și-au concentrat atenția asupra fluxurilor optice, pe care le-au numit „fluxuri de câmp optic”. Se pare că acest câmp optic este procesat doar de primul strat de neuroni. Procesează semnalul original „grosier” de la fiecare „pixel” de zbor. Și trimit informațiile procesate la următorul strat de neuroni. Și, potrivit cercetătorilor, există doar 60 dintre acești neuroni secundari în fiecare emisferă a creierului zbura. Cu toate acestea, creierul mustei reușește să reducă sau să împartă câmpul vizual în mulți „vectori de mișcare” secvențiali care dau muștei un vector de direcție de mișcare și viteză „instantanee”. Și ceea ce este interesant este că musca vede totul!

Noi, oamenii (și nu toți) știm ce sunt un vector și o viteză instantanee. Iar musca, în mod natural, nu are nicio idee despre aceste lucruri. Și astfel de abilități ale procesului creierului musca o cantitate mare informațiile pot fi invidiate doar. De ce vedem doar aproximativ 50 de cadre pe secundă, iar o muscă este de 100? Este greu de spus, dar există presupuneri rezonabile cu privire la acest scor. Cum decolează o muscă? Aproape „instantaneu”, cu o accelerație extraordinară. Am fi putut rezista la o astfel de suprasarcină. Dar este posibil să creați un creier robotizat, care nu este inferior creierului unei muște în viteza de procesare a fluxurilor de informații.

Pentru a înțelege modul în care creierul unei mici muște poate procesa un flux atât de mare de informații, cercetătorii din München au creat un „simulator de zbor” pentru o muscă. Musca putea zbura, dar a fost ținută în lesă. Electrozii au înregistrat reacția celulelor creierului mustei. Și cercetătorii au încercat să înțeleagă ce se întâmplă în creierul unei muște în timpul zborului.

Primele rezultate sunt evidente. Muștele procesează imaginile din ochii lor fixi într-un mod complet diferit de cel al unei persoane. Atunci când o muscă se mișcă în spațiu, în creierul său se formează „câmpuri de flux optic”, care dau muștei direcția de mișcare.

Cum l-ar vedea o persoană? De exemplu, înaintând, obiectele înconjurătoare s-ar împrăștia instantaneu pe laturi. Iar obiectele din câmpul vizual ar părea mai mari decât sunt în realitate. Și s-ar părea că cele mai apropiate și îndepărtate obiecte se mișcă în moduri diferite.

Viteza și direcția cu care obiectele clipesc în fața ochilor mustei generează tipare tipice vectori de mișcare - fluxuri de câmp. Care la a doua etapă a procesării imaginilor ajung la așa-numita „placă lobulă” - centrul viziunii mai mult nivel inalt... În fiecare emisferă a creierului mustei, există doar 60 celule nervoaseresponsabil pentru viziune. Fiecare dintre aceste celule nervoase reacționează doar la un semnal cu o anumită intensitate.

Dar pentru analiza fluxurilor optice, informațiile care vin simultan de la doi ochi sunt importante. Această conexiune este asigurată de neuroni speciali numiți „celule VS”. Acestea permit mustei să-și evalueze cu exactitate poziția în spațiu și viteza de zbor. Se pare că „celulele VS” sunt responsabile pentru recunoașterea și reacția la cuplul care acționează în zbor în timpul manevrelor sale de zbor.

Cercetătorii în domeniul roboticii lucrează pentru a dezvolta roboți care să poată observa mediu inconjurator folosind camere digitale, studiați ceea ce văd și răspundeți în mod adecvat la schimbările din situația actuală. Și comunicați și interacționați cu oamenii în mod eficient și în siguranță.

De exemplu, un mic robot zburător este deja în curs de dezvoltare, a cărui poziție și viteză de zbor vor fi controlate cu ajutorul unui sistem computerizat care simulează viziunea unei muște.

La mărire mare, ochiul unei insecte arată ca o rețea fină.

Acest lucru se datorează faptului că ochiul unei insecte este alcătuit din multe „ochi” mici - fațete. Ochii insectelor sunt numiți fatetate... Se numește minuscula fațetă oculară ommatidium... Ommatidium are forma unui con lung îngust, a cărui bază este o lentilă care arată ca un hexagon. De aici și numele ochiului compus: fațetă tradus din franceză înseamnă "margine".

Un pachet de ommatidia alcătuiește un ochi de insectă complex, rotund.

Fiecare omatidiu are un câmp vizual foarte limitat: unghiul de vizualizare al omatidiei în partea centrală a ochiului este de numai aproximativ 1 ° și în jurul marginilor ochiului - până la 3 °. Ommatidium „vede” doar acea mică zonă a obiectului din fața ochilor, spre care este „îndreptat”, adică acolo unde este îndreptată continuarea axei sale. Dar, din moment ce omatidia este strâns adiacentă una cu cealaltă, iar axele lor din ochiul rotund diverg radial, întregul ochi complex acoperă obiectul ca întreg. Mai mult, imaginea obiectului este obținută în el ca un mozaic, adică compus din piese separate.

Numărul de omatidii din ochi este diferit pentru diferite insecte. O furnică muncitoare are doar aproximativ 100 de omatidii în ochi, o muscă de casă are aproximativ 4000, o albină muncitoare are 5000, fluturii au până la 17.000, iar libelulele au până la 30.000! Astfel, viziunea furnicii este foarte mediocru, în timp ce ochii uriași ai libelulei - cele două emisfere curcubeu - oferă câmpul vizual maxim.

Datorită faptului că axele optice ale ommatidiei diverg la unghiuri de 1-6 °, claritatea imaginii insectelor nu este foarte mare: ele nu disting mici detalii. În plus, majoritatea insectelor sunt miope: văd obiectele din jur la o distanță de doar câțiva metri. Dar ochii fațetați sunt excelenți pentru a distinge blițurile (clipi) de lumină cu o frecvență de până la 250-300 hertz (pentru o persoană, frecvența limitativă este de aproximativ 50 hertz). Ochii insectelor sunt capabili să determine intensitatea fluxului de lumină (strălucire) și, în plus, au o capacitate unică: pot determina planul de polarizare a luminii. Această abilitate îi ajută să navigheze atunci când soarele nu este vizibil pe cer.

Insectele disting culorile, dar nu la fel ca noi. De exemplu, albinele „nu cunosc” culoarea roșie și nu o disting de negru, dar o percep invizibilă pentru noi. raze ultraviolete, care sunt situate la capătul opus al spectrului. Unii fluturi, furnici și alte insecte se disting și prin lumina ultravioletă. Apropo, orbirea insectelor polenizatoare a benzii noastre față de culoarea roșie explică faptul curios că nu există plante cu flori stacojii printre flora noastră sălbatică.

Lumina care vine de la soare nu este polarizată, adică fotonii săi au o orientare arbitrară. Cu toate acestea, trecând prin atmosferă, lumina este polarizată ca urmare a împrăștierii de către moleculele de aer, iar planul polarizării sale este întotdeauna îndreptat spre soare.

Apropo ...

În plus față de ochii fațetați, insectele au încă trei ochi simpli cu diametrul de 0,03-0,5 mm, care se află sub forma unui triunghi pe suprafața fronto-parietală a capului. Acești ochi nu sunt adaptați pentru a distinge obiectele și sunt necesare pentru un scop complet diferit. Acestea măsoară nivelul mediu de lumină, care este folosit ca punct de referință („semnal zero”) în procesarea semnalului vizual. Dacă acești ochi sunt lipiți de o insectă, aceasta își păstrează capacitatea de a se orienta, dar poate zbura doar într-o lumină mai strălucitoare decât de obicei. Motivul pentru aceasta este că ochii sigilați iau un câmp negru ca „nivel mediu” și, prin urmare, oferă ochilor fațetați o gamă mai largă de iluminare și, prin urmare, le reduce sensibilitatea.

Atât muștele, cât și albinele au cinci ochi. Trei ochi simpli situat în partea superioară a capului (s-ar putea spune, pe coroană) și două complexe sau fațetate, pe laturile capului. Ochii complexi de muște, albine (precum și fluturi, libelule și alte insecte) fac obiectul unui studiu entuziast al oamenilor de știință. Faptul este că aceste organe ale vederii sunt foarte interesante. Acestea sunt alcătuite din mii de hexagone individuale sau, științific vorbind, fațete. Fiecare dintre fațete este un ochi în miniatură care oferă o imagine a unei părți separate a obiectului. În ochii complexi ai unei case zboară, există aproximativ 4000 de fațete, într-o albină muncitoare - 5000, într-o dronă - 8000, într-un fluture - până la 17.000, într-o libelula - până la 30.000. Se pare că ochii de insecte trimite câteva mii de imagini ale părților individuale ale unui obiect către creierul lor, care, deși se îmbină în imaginea obiectului în ansamblu, totuși, acest obiect arată ca și cum ar fi pliat dintr-un mozaic.

De ce sunt necesari ochii compuși? Se crede că cu ajutorul lor insectele navighează în zbor. În timp ce ochii simpli sunt destinați vizualizării obiectelor apropiate. Deci, dacă o albină este îndepărtată sau lipită peste ochii săi compuși, atunci se comportă ca o orb. Dacă ochii simpli sunt lipiți, atunci se pare că insecta are o reacție lentă.

1,2 - Ochii fațetați (compuși) ai unei albine sau muște
3 - trei ochi simpli de albină sau de muscă

Cinci ochi permit insectelor să acopere 360 \u200b\u200bde grade, adică să vezi tot ce se întâmplă din față, din ambele părți și din spate. Poate de aceea este atât de dificil să te apropii de o muscă neobservată. Și dacă considerăm că ochii compuși văd un obiect în mișcare mult mai bun decât unul staționar, atunci rămâne doar să ne întrebăm cum o persoană reușește uneori să bată o muscă cu un ziar!

Particularitatea insectelor cu ochi fațetați pentru a prinde chiar și cea mai mică mișcare este afișată în următorul exemplu: dacă albinele și muștele se așează cu oamenii pentru a viziona un film, atunci li se va părea că privitorii bipedi privesc un cadru pentru mult timp înainte de a trece la următorul. Pentru ca insectele să poată viziona un film (și nu cadre separate, cum ar fi o fotografie), filmul pentru proiector trebuie să fie rotit de 10 ori mai repede.

Ar trebui să invidie ochii insectelor? Probabil ca nu. De exemplu, ochii unei muște văd mult, dar nu sunt capabili să privească atent. Acesta este motivul pentru care detectează mâncarea (o picătură de gem, de exemplu) târându-se peste masă și lovindu-se literalmente de ea. Iar albinele, datorită particularităților viziunii lor, nu fac distincție între roșu - pentru ele este negru, gri sau albastru.

Întrebarea „Câți ochi fac musca comuna? "nu este atât de simplu pe cât pare. Două ochi marisituat pe părțile laterale ale capului poate fi văzut cu ochiul liber. Dar, de fapt, structura organelor vizuale ale muștei este mult mai complicată.

Dacă vă uitați la o imagine mărită a ochilor unei muște, puteți vedea că acestea arată ca un fagure de miere și constau din multe segmente separate. Fiecare dintre părți are forma unui hexagon cu margini corecte... De aici și numele unei astfel de structuri oculare - fațetate („fațetă” în franceză înseamnă „față”). Mulți și unii artropode se pot lăuda cu ochi fațetați complecși, iar musca este departe de deținătorul recordului pentru numărul de fațete: are doar 4.000 de fațete, în timp ce libelulele au aproximativ 30.000.

Celulele pe care le vedem se numesc ommatidia. Ommatidia are o formă conică, al cărei capăt îngust intră adânc în ochi. Conul este format dintr-o celulă care primește lumină și o lentilă, protejată de o cornee transparentă. Toate omatidiile sunt strâns presate și conectate prin cornee. Fiecare dintre ei vede „fragmentul” său de imagine, iar creierul pune aceste mici imagini într-un întreg.

Localizarea ochilor mari cu fațetă este diferită la femele și bărbați. La bărbați, ochii sunt apropiați, iar la femele, sunt mai distanțați pe laturi, deoarece au o frunte. Dacă te uiți la o muscă la microscop, atunci în mijlocul capului deasupra organelor vizuale fațetate, poți vedea trei puncte mici situate într-un triunghi. De fapt, aceste puncte sunt ochi simpli.

În total, musca are o pereche de ochi compuși și trei simpli - doar cinci. De ce a luat natura o cale atât de dificilă? Faptul este că viziunea fațetată a fost formată pentru a acoperi, în primul rând, cât mai mult spațiu cu o privire posibilă și pentru a prinde mișcare. Acești ochi îndeplinesc funcții de bază. Cu ochi simpli, o „muscă” a fost „furnizată” pentru a măsura nivelul de iluminare. Ochii cu fațetă sunt principalul organ al vederii, iar cei simpli sunt secundari. Dacă musca nu ar avea ochi simpli, ar fi mai lentă și ar putea zbura doar în lumină puternică și, fără ochii fațetați, ar orbi.

Cum vede o muscă lumea din jurul ei?

Ochii mari, conveși, permit muștei să vadă totul în jurul său, adică unghiul de vedere este de 360 \u200b\u200bde grade. Aceasta este de două ori mai mare decât cea a unui om. Ochii fixi ai insectei arată simultan pe toate cele patru părți. Dar acuitatea vizuală a unei muște este de aproape 100 de ori mai mică decât cea a unui om!

Deoarece fiecare omatidiu este o celulă independentă, imaginea este reticulată, formată din mii de imagini mici individuale care se completează reciproc. Prin urmare, lumea pentru o muscă este un puzzle complet, format din câteva mii de piese și destul de vag. Mai mult sau mai puțin clar, insecta vede doar la o distanță de 40 - 70 de centimetri.

Musca este capabilă să distingă culorile și chiar invizibilele ochi uman lumină polarizată și ultraviolete. Ochiul mustei simte cea mai mică schimbare în strălucirea luminii. Este capabilă să vadă soarele, ascuns de nori groși. Dar pe întuneric, muștele văd prost și duc un stil de viață predominant diurn.

O altă abilitate interesantă a unei muște este reacția sa rapidă la mișcare. O muscă percepe un obiect în mișcare de 10 ori mai repede decât omul... „Calculează” cu ușurință viteza unui obiect. Această abilitate este vitală pentru determinarea distanței până la sursa de pericol și se realizează prin „transferul” imaginii dintr-o celulă - ommatidium în alta. Inginerii aeronautici au adoptat această caracteristică a viziunii zborului și au dezvoltat un dispozitiv pentru calcularea vitezei unui avion zburător, repetând structura ochiului său.

Datorită acestei percepții rapide, muștele trăiesc într-o realitate încetinită, comparativ cu noi. O mișcare care durează o secundă, din punctul de vedere al unei persoane, este percepută de o muscă ca o acțiune de zece secunde. Cu siguranță, oamenii li se par creaturi foarte lente. Creierul insectelor funcționează cu viteza unui supercomputer, luând o imagine, analizând-o și transmitând comenzile corespunzătoare către corp în mii de secunde. Prin urmare, nu este întotdeauna posibil să înfășurați o muscă.

Deci, răspunsul corect la întrebarea „Câți ochi are o muscă comună?” va exista numărul „cinci”. Principalele sunt un organ asociat într-o muscă, ca în multe creaturi vii. De ce natura a creat exact trei ochi simpli rămâne un mister.

Perspectiva insectelor

Se crede că până la 90% din cunoștințele despre lumea de afara o persoană primește cu ajutorul vederii sale stereoscopice. Iepurii au dobândit viziune periferică, datorită căreia pot vedea obiecte din lateral și chiar din spatele lor. La peștii de mare adâncime, ochii pot ocupa până la jumătate din cap, iar „al treilea ochi” parietal al lamprii îi permite să navigheze bine în apă. Șerpii pot vedea doar un obiect în mișcare, iar ochii unui șoim pelerin, capabil să urmărească prada de la o înălțime de 8 km, sunt recunoscuți ca fiind cei mai vigilenți din lume!

Dar cum văd lumea reprezentanții celei mai numeroase și mai diverse clase de ființe vii de pe Pământ - insecte? Împreună cu vertebratele, pe care le pierd doar în funcție de dimensiunea corpului, insectele au cea mai perfectă viziune și complexitate sisteme optice ochi. Deși ochii fațetați ai insectelor nu posedă acomodare, în urma cărora pot fi numiți miopi, ei, spre deosebire de oameni, sunt capabili să distingă obiecte în mișcare extrem de rapidă. Și datorită structurii ordonate a fotoreceptorilor lor, mulți dintre ei au un adevărat „al șaselea simț” - viziunea polarizantă

Viziunea se estompează - puterea mea,
Două sulițe de diamant invizibile ...
A. Tarkovsky (1983)

Este greu să supraestimezi valoarea sveta (radiația electromagnetică a spectrului vizibil) pentru toți locuitorii planetei noastre. lumina soarelui servește ca sursă principală de energie pentru plantele și bacteriile fotosintetice, și indirect prin ele - pentru toate organismele vii ale biosferei pământului. Lumina afectează în mod direct cursul întregii varietăți de procese de viață la animale, de la reproducere la schimbări sezoniere de culoare. Și, desigur, datorită percepției luminii corpuri speciale sentimentele, animalele primesc o parte semnificativă (și adesea cea mai mare parte) a informațiilor despre lumea din jurul lor, pot distinge forma și culoarea obiectelor, pot determina mișcarea corpurilor, naviga în spațiu etc.

Viziunea este deosebit de importantă pentru animalele capabile să se deplaseze activ în spațiu: a fost odată cu apariția animalelor mobile care au început să se formeze și să se îmbunătățească aparate vizuale - cel mai complex dintre toate sistemele senzoriale cunoscute. Aceste animale includ vertebrate și printre nevertebrate - cefalopode și insecte. Aceste grupuri de organisme se pot lăuda cu cele mai complexe organe ale vederii.

Cu toate acestea, aparatul vizual al acestor grupuri diferă semnificativ, precum și percepția imaginilor. Se crede că insectele, în general, sunt mai primitive decât vertebratele, ca să nu mai vorbim de legătura lor cea mai înaltă - mamiferele și, în mod natural, oamenii. Dar cât de diferită este percepția lor vizuală? Cu alte cuvinte, lumea este văzută prin ochii unei mici creaturi numite muște mult diferită de a noastră?

Mozaic hexagonal

Sistemul vizual al insectelor, în principiu, nu diferă de cel al altor animale și constă din organe de vedere periferice, structuri nervoase și formațiuni ale sistem nervos... Dar în ceea ce privește morfologia organelor vizuale, aici diferențele sunt pur și simplu izbitoare.

Toată lumea cunoaște complexul fatetate ochi de insecte, care se găsesc la insectele adulte sau la larvele de insecte care se dezvoltă din transformare incompletă, adică fără stadiul de pupă. Nu există atât de multe excepții de la această regulă: acestea sunt puricii (ordinul Siphonaptera), aripioarele (ordinul Strepsiptera), majoritatea peștilor argintii (familia Lepismatidae) și întreaga clasă de ocultani (Entognatha).

Ochiul cu fațete arată ca un coș de floarea soarelui copt: este format dintr-un set de fațete ( ommatidia) - receptoare autonome de radiații luminoase, care au tot ce este necesar pentru reglarea fluxului luminos și formarea unei imagini. Numărul fațetelor variază foarte mult: de la mai multe în cozi de păr (ordinul Thysanura) la 30 de mii în libelule (ordinul Aeshna). În mod surprinzător, numărul omaticilor poate varia chiar și într-un singur grup sistematic: de exemplu, un număr de specii de gândaci solieni care trăiesc în spații deschise au ochi fațetați bine dezvoltați cu o cantitate mare ommatidia, în timp ce la gândacii de la sol care trăiesc sub pietre, ochii sunt foarte reduși și constau dintr-un număr mic de ommatidia.

Stratul superior al omatidiei este reprezentat de cornee (lentilă) - o secțiune a cuticulei transparente secretată de celule speciale, care este un fel de lentilă hexagonală biconvexă. Sub cornee, la majoritatea insectelor, există un con cristalin transparent, a cărui structură poate diferi tipuri diferite... La unele specii, în special cele care duc un stil de viață nocturn, există structuri suplimentare în aparatul de refractare a luminii, care joacă în principal rolul unui strat antireflex și cresc transmiterea luminii ochiului.

Imaginea formată de lentilă și conul de cristal cade pe senzorul luminos retiniană (vizuale) celulele, care sunt neuroni cu coadă scurtă de axon. Mai multe celule retiniene formează un singur pachet cilindric - retinulu... În interiorul fiecărei astfel de celule, pe partea orientată spre interiorul omatidium, există rabdare - o formațiune specială de multe (până la 75-100 mii) tubuli-vilozități microscopice, a căror membrană conține pigment vizual. Ca toate vertebratele, acest pigment este rodopsina - proteine \u200b\u200bcolorate complexe. Datorită zonei uriașe a acestor membrane, neuronul fotoreceptor conține un numar mare de molecule de rodopsină (de exemplu, în musca fructelor Drosophila acest număr depășește 100 de milioane!).

Rabdomomeri ai tuturor celulelor vizuale, uniți în rabdare, și sunt fotosensibile, elemente receptor ale ochiului fațetat și toate retinulele împreună constituie un analog al retinei noastre.

Aparatul de refracție la lumină și sensibil la lumină al fațetei din jurul perimetrului este înconjurat de celule cu pigmenți, care joacă rolul de izolare a luminii: datorită lor, fluxul de lumină, refractant, cade asupra neuronilor unui singur omatidiu. Dar așa facetele sunt aranjate în așa-numitele fotopic ochii adaptați la lumina puternică a zilei.

Pentru speciile care au un stil de viață crepuscular sau nocturn, ochii de un alt tip sunt caracteristici - scotopic... Astfel de ochi au o serie de adaptări la fluxul de lumină insuficient, de exemplu, rabdomere foarte mari. În plus, în omatidia acestor ochi, pigmenții izolați de lumină pot migra liber în interiorul celulelor, astfel încât fluxul de lumină să cadă pe celule vizuale ommatidia vecină. Acest fenomen stă la baza așa-numitelor adaptare întunecată ochi de insecte - creșterea sensibilității ochiului la lumină slabă.

Când rabdomomerii absorb fotonii de lumină în celulele retiniene, impulsuri nervoase, care sunt direcționate de-a lungul axonilor către lobii vizuali împerecheați ai creierului insectelor. Fiecare lob vizual are trei centre asociative, unde se efectuează procesarea fluxului de informații vizuale, provenind simultan dintr-o multitudine de fațete.

De la unu la treizeci

Conform legendelor antice, oamenii au avut odată un „al treilea ochi” responsabil de percepția suprasensibilă. Nu există dovezi în acest sens, dar aceeași lamprea și alte animale, precum șopârla tuatara și unii amfibieni, au organe neobișnuite sensibile la lumină în locul „greșit”. Și în acest sens, insectele nu rămân în urmă cu vertebratele: pe lângă ochii fațetați obișnuiți, au ochi suplimentari mici - ocellisituat pe suprafața fronto-parietală și stem - pe părțile laterale ale capului.

Ocelii se găsesc în principal la insectele care zboară bine: adulți (la speciile cu transformare completă) și larve (la speciile cu transformare incompletă). De regulă, aceștia sunt trei ochi, localizați sub forma unui triunghi, dar uneori pot fi absenți medianul sau doi laterali. În structură, ocelii sunt similari cu ommatidia: sub o lentilă refractară la lumină, au un strat de celule transparente (analog cu un con cristalin) și o retină-retinulă.

Stema poate fi găsită în larvele de insecte care se dezvoltă cu transformare completă. Numărul și locația lor variază în funcție de specie: de la unu la treizeci de ochi pot fi localizați de fiecare parte a capului. La omizi, există mai des șase ochi, așa încât fiecare dintre ei are un câmp vizual separat.

În diferite ordine de insecte, stemele pot diferi între ele ca structură. Aceste diferențe sunt probabil legate de originea lor din diferite structuri morfologice. Deci, numărul de neuroni dintr-un ochi poate varia de la câteva unități la câteva mii. În mod firesc, acest lucru afectează percepția lumii înconjurătoare de către insecte: dacă unii dintre ei pot vedea doar mișcarea luminii și pete întunecateapoi alții sunt capabili să recunoască mărimea, forma și culoarea obiectelor.

După cum putem vedea, atât stemele, cât și omatidia sunt analogi cu fațete unice, deși modificate. Cu toate acestea, insectele au alte opțiuni „de rezervă”. Deci, unele larve (în special din ordinul Dipterelor) sunt capabile să recunoască lumina chiar și cu ochi complet umbrite cu ajutorul celulelor fotosensibile situate la suprafața corpului. Și unele specii de fluturi au așa-numiții fotoreceptori genitali.

Toate aceste zone fotoreceptoare sunt structurate într-un mod similar și reprezintă o acumulare de mai mulți neuroni sub o cuticulă transparentă (sau translucidă). Datorită unor astfel de „ochi” suplimentari, larvele Diptera evită spațiile deschise, iar fluturii femele le folosesc atunci când depun ouă în zone umbrite.

Polaroid cu fațete

De ce sunt capabili ochii complexi ai insectelor? După cum știți, orice radiație optică are trei caracteristici: strălucire, spectru (lungimea de undă) și polarizare (orientarea oscilațiilor componentei electromagnetice).

Insectele folosesc caracteristica spectrală a luminii pentru a înregistra și a recunoaște obiecte din lumea înconjurătoare. Aproape toți sunt capabili să perceapă lumina în intervalul 300-700 nm, inclusiv partea ultravioletă a spectrului inaccesibilă vertebratelor.

De obicei, culori diferite perceput de diferite domenii ochi compus insecte. O astfel de sensibilitate „locală” poate diferi chiar și în cadrul aceleiași specii, în funcție de sexul individului. Adesea, diferiți receptori de culoare pot fi găsiți în același omatidiu. Deci, printre fluturi din gen Papilio doi fotoreceptori au un pigment vizual cu o absorbție maximă de 360, 400 sau 460 nm, alți doi au 520 nm, iar restul au de la 520 la 600 nm (Kelber și colab., 2001).

Dar asta nu este tot ceea ce ochiul insectelor poate face. După cum s-a menționat mai sus, în neuronii vizuali, membrana fotoreceptoare a microviliilor rabdomerici este pliată într-un tub cu secțiune circulară sau hexagonală. Datorită acestui fapt, unele dintre moleculele de rodopsină nu participă la absorbția luminii datorită faptului că momentele dipolice ale acestor molecule sunt situate paralel cu calea fasciculului de lumină (Govardovsky, Gribakin, 1975). Drept urmare, microvilul dobândește dicroism - capacitatea de absorbție diferită a luminii, în funcție de polarizarea acesteia. O creștere a sensibilității la polarizare a ommatidium este facilitată și de faptul că moleculele pigment vizual Ele nu sunt localizate la întâmplare în membrană, ca la oameni, ci sunt orientate într-o singură direcție și, mai mult, sunt fixate rigid.

Dacă ochiul este capabil să facă distincția între două surse de lumină pe baza caracteristicilor lor spectrale, indiferent de intensitatea radiației, putem vorbi despre viziunea culorii ... Dar dacă face acest lucru fixând unghiul de polarizare, ca în în acest caz, avem toate motivele să vorbim despre viziunea polarizantă a insectelor.

Cum percep insectele lumina polarizată? Pe baza structurii omatidium, se poate presupune că toți fotoreceptorii ar trebui să fie simultan sensibili atât la o anumită lungime (lungimi) a undelor de lumină, cât și la gradul de polarizare a luminii. Dar în acest caz, pot exista probleme serioase - asa numitul percepția falsă a culorii... Deci, lumina reflectată de la suprafața lucioasă a frunzelor sau a suprafeței apei este parțial polarizată. În acest caz, creierul, analizând datele fotoreceptorilor, poate fi greșit în evaluarea intensității culorii sau a formei suprafeței reflectante.

Insectele au învățat să facă față cu succes unor astfel de dificultăți. Deci, într-o serie de insecte (în primul rând muște și albine) din ommatidia, care percep doar culoarea, se formează o rabdare tip închisîn care rabdomomii nu sunt în contact unul cu celălalt. În același timp, au și omatidie cu rabdomie obișnuită, care sunt, de asemenea, sensibile la lumina polarizantă. La albine, astfel de fațete sunt situate de-a lungul marginii ochiului (Wehner și Bernard, 1993). La unii fluturi, distorsiunile percepției culorii sunt îndepărtate datorită unei curburi semnificative a microviliilor rabdomomilor (Kelber și colab., 2001).

La multe alte insecte, în special la Lepidoptera, toate omatidia păstrează rabdomele obișnuite drepte, astfel încât fotoreceptorii lor sunt capabili să perceapă simultan atât lumina „colorată”, cât și lumina polarizată. Mai mult, fiecare dintre acești receptori este sensibil doar la un anumit unghi de polarizare preferat și la o anumită lungime de undă a luminii. Această percepție vizuală complexă ajută fluturii să se hrănească și să depună ouă (Kelber și colab., 2001).

Pământ necunoscut

Poți să te adânci la nesfârșit în trăsăturile morfologiei și biochimiei ochiului insectelor și totuși îți este greu să răspunzi la un răspuns atât de simplu și în același timp incredibil problemă complexă: cum văd insectele?

Este dificil pentru o persoană să-și imagineze chiar și imaginile care apar în creierul insectelor. Dar totul trebuie remarcat atât de popular astăzi teoria mozaicului viziunii, conform căruia insecta vede imaginea sub forma unui fel de puzzle de hexagoane, nu reflectă cu exactitate esența problemei. Faptul este că, deși fiecare fațetă captează o imagine separată, care este doar o parte a întregii imagini, aceste imagini se pot suprapune cu imaginile obținute din fațetele adiacente. Prin urmare, imaginea lumii obținută cu ajutorul unui imens ochi de libelula, format din mii de fațete miniaturale ale camerei și „modestul” ochi cu șase fațete al unei furnici, va fi foarte diferită.

Cu privire la acuitate vizuala (rezoluţie, adică capacitatea de a distinge gradul de disecție a obiectelor), atunci la insecte este determinată de numărul de fațete pe unitate a suprafeței convexe a ochiului, adică de densitatea lor unghiulară. Spre deosebire de oameni, ochii insectelor nu au acomodare: raza de curbură a lentilei de ghidare a luminii nu se schimbă. În acest sens, insectele pot fi numite miope: văd mai multe detalii cu cât sunt mai aproape de obiectul observației.

În același timp, insectele cu ochi fațetați sunt capabili să distingă obiectele care se mișcă foarte rapid, ceea ce se explică prin contrastul ridicat și inerția scăzută a lor. sistemul vizual... De exemplu, un om poate distinge doar aproximativ douăzeci de flash-uri pe secundă, dar o albină - de zece ori mai mult! Această proprietate este vitală pentru insectele care zboară rapid, care trebuie să ia decizii direct în zbor.

Imaginile color percepute de insecte pot fi, de asemenea, mult mai complexe și neobișnuite decât ale noastre. De exemplu, o floare care ni se pare albă ascunde adesea în petalele sale mulți pigmenți care pot reflecta lumina ultravioletă. Și în ochii insectelor polenizatoare, strălucesc cu multe nuanțe colorate - semne pe calea către nectar.

Se crede că insectele „nu văd” culoarea roșie, care în „ formă pură”Și este extrem de rar în natură (excepția este plantele tropicale polenizate de colibri). Cu toate acestea, florile roșiatice conțin adesea alți pigmenți care pot reflecta lungimi de undă scurte. Și dacă considerăm că multe dintre insecte sunt capabile să perceapă nu trei culori primare, ca persoană, ci mai multe (uneori până la cinci!), Atunci imaginile lor vizuale ar trebui să fie doar o extravaganță de culori.

Și, în cele din urmă, „al șaselea simț” al insectelor este viziunea polarizată. Cu ajutorul său, insectele reușesc să vadă în lumea din jur ceea ce o persoană poate obține doar o idee slabă cu ajutorul unor filtre optice speciale. Insectele, pe de altă parte, pot localiza în mod inconfundabil soarele pe un cer înnorat și pot folosi lumina polarizată ca „busolă cerească”. Iar insectele acvatice în zbor detectează corpurile de apă prin lumina parțial polarizată reflectată de oglinda apei (Schwind, 1991). Dar este pur și simplu imposibil ca o persoană să-și imagineze ce fel de imagini „vede” ...

Oricine care, dintr-un motiv sau altul, este interesat de viziunea insectelor, se poate pune întrebarea: de ce nu au format un ochi de cameră, similar cu ochiul uman, cu pupilă, lentilă și alte dispozitive?

La această întrebare a fost răspuns exhaustiv la un moment dat de un fizician american remarcabil, laureat Nobel R. Feynman: „Acest lucru este împiedicat mai degrabă de mai mulți motive interesante... În primul rând, albina este prea mică: dacă ar avea un ochi similar cu al nostru, dar în mod corespunzător redus, atunci dimensiunea pupilei ar fi de aproximativ 30 microni și, prin urmare, difracția ar fi atât de mare încât oricum albina nu ar putea vedea mai bine. Un ochi prea mic nu este bun. Dacă un astfel de ochi este făcut de dimensiuni suficiente, atunci acesta ar trebui să fie nu mai puțin decât capul albinei în sine. Valoarea unui ochi compus constă în faptul că practic nu ocupă spațiu - doar un strat subțire pe suprafața capului. Așadar, înainte de a da sfaturi unei albine, amintiți-vă că are propriile probleme! "

Prin urmare, nu este surprinzător faptul că insectele și-au ales calea în cunoașterea vizuală a lumii. Da, și noi, pentru a-l vedea din punctul de vedere al insectelor, ar trebui să dobândim ochi fațetați uriași pentru a menține acuitatea vizuală obișnuită. Este puțin probabil ca o astfel de achiziție să ne fie utilă din punct de vedere al evoluției. Fiecăruia al său!

Literatură

Tyschenko V. P. Fiziologia insectelor. M.: Școala superioară, 1986, 304 pp.

Klowden M. J. Sisteme fiziologice la insecte. Academ Press, 2007.688 p.

Nation J. L. Fiziologia și biochimia insectelor. A doua ediție: CRC Press, 2008.