Книга: Животные анализируют мир

Самые необычные глаза

Самые необычные глаза

 Все ли живые существа одинаково воспринимают окружающий мир с помощью зрения? Конечно, нет!

Так, например, плащеносная ящерица, живущая в Австралии, умеющая ходить на задних ногах, раскрывающая свой плащ-капюшон для устрашения и сама до смерти боящаяся людей, несмотря на внушительные размеры (может достигать 1,6 метра), видит мир оранжевым.

Ученые исследовали глаза ящериц и нашли, что они снабжены оранжевыми «очками». В их сетчатке много жировых капель, окрашенных в оранжевый цвет. Следовательно, светофильтры находятся прямо в сетчатке этих живых организмов. Значит, ящерицы видят мир не так, как мы. И не только ящерицы. Многим птицам кажется зеленым то, что мы видим в красном цвете. Рыбы тоже несут различные светофильтры в глазах. Например, терпуг может менять цвет роговицы глаза.

Анализаторы видимых электромагнитных волн у животных могут быть разные по цвету и форме — большие, как блюдца, и маленькие, как бусинки, с круглыми, щелевидными и дугообразными зрачками.

У козы зрачок квадратный, а у некоторых копытных похож на сердце. Зато у летучих рыб зрачок принимает вид щели — в виде полукольца. Все эти приспособления помогают животным наблюдать за окружающей обстановкой. Когда, например, летучая рыба стремительно вырывается из воды, она попадает в мир солнца, зрачок за это время не успел бы сократиться, а щель уже сокращена и через нее удобно наблюдать за состоянием водной поверхности.

В природе встречается рыбка, у которой в каждом глазу по два зрачка: один вверху, другой внизу. Эту рыбу, обитающую в южноамериканских реках, так и называют четырехглазкой. Выставит она половину своего выпученного глаза наружу и смотрит, что над поверхностью воды, а нижняя в это время наблюдает, что делается под водой. Но самое интересное, что и сетчатка каждого глаза разделена на две части. Одна улавливает подводное, другая — надводное изображение. Однако рыбы, как установили ученые, не различают эти два раздельных изображения, а видят общую картину.

Как бы ни был замысловато устроен зрачок, острота зрения зависит от сетчатки, от того, сколько зрительных элементов приходится на единицу ее площади, сколько в ней палочек или колбочек. У человека и некоторых животных в сетчатке есть и палочки и колбочки. Такой глаз способен воспринимать свет и днем и ночью. Те же животные, которые ведут ночной образ жизни, вооружены только палочками. Их глаз не обладает острым зрением, зато при самом слабом свете он может улавливать малейшие движения предметов.

У тех, кто видит только днем, в сетчатке глаза одни колбочки. Таким глазом многое различишь, но при хорошем освещении. Так, некоторые суслики выходят из норы, лишь когда солнце заглянет в их жилище. Среди дневных животных можно найти очень остроглазых. Человек давно заметил, что птицы, особенно хищные, различают самые мельчайшие детали на земле с высоты в триста метров.

Загадка свечения глаз у животных в темноте не так уж сложна. Вообще-то, свечения здесь никакого нет, а дело все в отражении света, попавшего в глаз. У ночных животных на дне глаза есть своеобразное зеркальце. Ученые называют его тапетум. Только зеркальце-тапетум не сплошное, а составлено из мелких серебристых кристаллов. Отраженный от них свет различен и по цвету, и по силе. Все зависит от формы, величины и угла поворота кристаллов. Кошка, например, в спокойном состоянии «гасит» свои глаза, но достаточно поскрести по стене пальцами, привлечь ее внимание — глаза так и вспыхивают. Это на определенный угол повернулись кристаллики зеркальца. Форма кристаллов зеркальца определяется генетически, поэтому цвет свечения глазовидовой признак. Глаза медведя в сумерках отливают оранжевым цветом, у енота — ярко-желтым, а глаза тропических лягушек светятся зеленым цветом. Если в быстро надвигающейся южной ночи вспыхнут два рубиновокрасных огня у прибрежной воды — это значит, что на вас смотрит аллигатор.

«Зеркальце» встречается и у паукообразных. В пустыне в свете фар автомобиля водители могут увидеть искорки, как бы рассыпанные по барханам, — это светятся глаза фаланг.

А вот у пауков восемь глаз и светятся они разным цветом: крайние глаза — голубым, а средние — желтым. Однажды маленький паучок забежал в поле зрения моего бинокулярного микроскопа. Я надеялся увидеть разноцветное свечение его глаз. Но вместо этого только восемь маленьких фонариков брызнули на меня своим желтоватым цветом, и пришелец тут же скрылся. Если бы это был паук-скакунчик, то в его глазах можно было бы различить голубой и желтый цвета.

В теплый день паук-скакунчик любит охотиться на деревянном заборе. Его глаза обладают удивительным свойством. Крайние глаза, с голубым отблеском, видят не только впереди себя и сбоку, но и сзади. А два средних — настоящие телескопические трубы. Ими скакунчик рассматривает удаленные от него небольшие области, к которым он проявляет особый интерес. Только сам корпус трубы остается на месте, а сетчатка, принимающая изображение, перемещается в ту или иную сторону. Так что, исследуя окружающее, он даже не вращает глазами.

Очень много существует разновидностей глаз, устроенных по типу фотокамеры, но такой тип глаза занимает только шесть процентов у всех видов животных. Большинство же обладает сложными фасеточными глазами — такими, как у насекомых и ракообразных.

Принцип работы сложного глаза следующий: каждый глазок видит свое изображение, но в мозгу животного создается общая объемная картина окружающего мира. Глазки сложного глаза напоминают трубочки, у которых есть своя фокусирующая система, построенная из двух линз, выпуклой роговицы и хрусталика. У стрекозы, отличного охотника, каждый сложный глаз, занимающий почти половину головы, состоит из двадцати восьми тысяч глазков. А у муравья их так мало, что своими глазами он способен лишь отличить свет от тьмы. Однако волноваться за муравья не стоит, другие «живые приборы», которыми он наделен, помогают ему определять форму предметов в полной темноте, но об этом позже.

Ученые не раз пытались узнать, как видит сложный глаз насекомого или ракообразного. Немецкий физиолог Экснер сфотографировал окно сквозь фасетчатый глаз светляка. На фотографии видны и расплывчатый оконный переплет, и неясные очертания собора, находящегося за окном. Это позволило предположить, насколько неопределенно видят окружающий мир насекомые. Когда же появилась возможность регистрировать с помощью микроэлектродов биотоки, идущие от отдельных клеток, то оказалось, что зрение насекомых куда лучше, чем предполагали ученые. Каждый отдельный глазок различает изображение той или иной части рассматриваемой картины. Правда, пока еще остается загадкой, каким образом эти фрагменты изображения, часто повторяющиеся в нервных клетках насекомого, превращаются в стройную картину окружающего мира. То, что сначала казалось простым, требует еще немало усилий для изучения. Сложные глаза насекомых и ракообразных могут видеть то, что недоступно нашему взору. Во-первых, ультрафиолетовые лучи, а во-вторых, поляризованный свист.

Если выйти на цветущий луг, взору предстает пестрый, разноцветный ковер. Вот стоят красные маки, а для пчел они «ультрафиолетовые». К сожалению, мы никогда не видели и не увидим этих лучей, а поэтому и не можем представить, какие они. Белые цветы пчелы воспринимают как голубовато-зеленые. Зато синие и фиолетовые расцветки для насекомых несут множество оттенков и красок. Ибо как раз синий и фиолетовый тона цветов отражают самое разнообразное количество лучей самой различной длины видимого спектра.

Сложный глаз пчел, раков также видит поляризованный свет. Представьте себе хотя бы на минуту, что мы смогли увидеть поляризованный свет. Тогда небо, вода рек и озер покрылись бы сложным узором. И даже Солнце, закрытое облаками или тучами, можно было бы «видеть», вернее, точно узнавать его местоположение, используя рисунок поляризованных лучей. Словом, Солнце можно было бы использовать для ориентирования при любой погоде.

Мир существ с фасеточными глазами велик и разнообразен. Здесь можно встретить и огромного рака-мечехвоста, достигающего в длину девяноста сантиметров. Древнейший вид рака, который существует на Земле четыреста двадцать пять миллионов лет, оказывается, может своими сложными глазами увеличивать контрастность видимой им картины. Чтобы изменить контрастность изображения на телевизионном экране, нужна сложная электроника, а у мечехвоста вся его «электроника» скрыта в небольшом фасеточном глазу.

Могло бы насекомое, обладающее сложными глазами, воспринимать телевизионную передачу или смотреть кино? Если человеку показывать десять изображений в секунду, то он еще различит отдельные зрительные образы, а если шестнадцать, то все сольется в непрерывное действие. Больше шестнадцати раз в секунду меняются кадры на телеэкране или экране кинотеатра, и мы наблюдаем непрерывное действие людей и движение предметов. Мухе или пчеле надо двести смен кадров в секунду, чтобы они воспринимали непрерывное движение. Поэтому на наших телеэкранах и киноэкранах насекомые могли бы видеть отдельно меняющиеся картинки. А свет ламп дневного света, зажигающихся и гаснущих пятьдесят раз в секунду, который мы воспринимаем как непрерывный, для насекомых был бы мигающим.

В ходе эволюции животных постепенно отработались «живые приборы» необычайного зрения. Наверное, мало кто слышал о сканирующем глазе, который работает по тому же принципу, что и телевизионная трубка. Сканирующим глазом обладает маленький членистоногий рачок — копилия. Большим хрусталиком смотрит на мир этот глаз, а фокусируется изображение с этой линзы не на сетчатку, а в пустое пространство глазной камеры. Изображение улавливается всего-навсего одним светочувствительным рецептором, прикрепленным к тонкому мышечному пучку, который перемещает его в глазу, словно электронный луч в светочувствительной трубке телекамеры.

Другие животные обходятся без хрусталика, и глаз у них напоминает камеру с точечным отверстием. Головоногий моллюск наутилус, родственник осьминога и кальмара, со странными большими глазами и очень маленьким зрачком, как раз использует для своего зрения настоящую камеру-обскуру. У такой камеры-глаза есть большое преимущество: на каком бы расстоянии ни рассматривался предмет, его изображение всегда будет сфокусировано на сетчатке. Жаль только, что через узкое отверстие зрачка проходит мало световых лучей, поэтому при плохом освещении наутилус многого не различает.

Животные используют почти все известные оптические приспособления. Единственное, чего еще не удалось обнаружить, так это глаза, работающие по принципу вогнутого зеркала. И то у ночных бабочек, о которых уже говорилось, на флуоресцирующий пигмент инфракрасные лучи фокусируются вогнутым тапетумом — кристалликами; составляющими зеркало.

Не менее совершенны глаза человека. Они способны видеть днем и ночью, различать цвета и определять объемность изображения за счет бинокулярного зрения. Каждое из этих свойств может быть сильно развито в необыкновенных глазах животных, зато такие глаза теряют свою универсальность по сравнению с нашими.

Человеческий глаз, приняв на себя многие функции, свойственные глазам отдельных животных, конечно же, не лишен недостатков. Зато какими способностями он обладает! И часто то, что нам кажется обычным, на самом деле должно вызывать восхищение.

Возьмем хотя бы цветное зрение. Только у обезьян оно такое же полное, как у нас. А кошки и собаки воспринимают мир как бы частично подкрашенным. Правда, осьминоги, пчелы, некоторые пауки обладают цветным зрением и достаточно совершенным, но оно сильно отличается от нашего. Совсем другие спектры принимают фоторецепторы их сетчатки, и другие картины предстают перед их глазами.

А диапазон освещенности, который улавливает человеческий глаз? Разве может с ним сравниться самый совершенный фотоаппарат и пусть даже сотни пленок самой различной чувствительности? Нашему глазу и в сумерках, и при ярком солнечном свете помогает справиться с этим сетчатка и вся оптическая система.

Сначала ученые считали, что чувствительность глаза зависит от количества необесцветившегося фотопигмента. Однако все оказалось значительно сложнее.

Американскому исследователю У. Раштону удалось показать, что сетчатка работает как сложная электронная машина с обратной связью. Исследовав глаз человека, ученые установили, что рецептор, освещенный ярким светом и истративший весь зрительный пигмент, не бездействует, а, наоборот, начинает посылать в управляющий центр (зрительную часть мозга) сигналы, которые усиливаются в мозгу и в виде нервных импульсов идут обратно к фоторецепторам, заставляя их посылать новые сигналы. Происходит нервно-световое «замыкание». И несмотря на то что эти несколько минут зрительный пигмент не восстанавливается, человек не прекращает видеть на сильном свету.

Глаза ящериц, как известно, имеют оранжевый светофильтр. Оказывается, в глазу человека хрусталик выполняет не только роль линзы, но и светофильтра. Хрусталик нашего глаза отсекает от видимой части спектра ультрафиолетовые лучи. Не будь у нас его, мы тоже могли бы частично воспринимать мир в ультрафиолетовых лучах. В самом деле, люди, у которых удален хрусталик по поводу катаракты и заменен стеклянными линзами-очками, видят предметы в ультрафиолетовом свете. Они даже читают таблицу для проверки зрения при ультрафиолетовом освещении. Обычно люди при таком свете ничего не видят.

Сейчас многие исследователи считают, что цветное зрение человека включает три типа реакций, каждая из которых отвечает за видение либо желтого, либо синего, либо же красного цвета. Есть даже мнение, что люди не всегда на протяжении своей истории одинаково видели цвета, и аппарат цветного зрения эволюционирует вместе с развитием человека. Древние документы вроде бы подтверждают, что люди на заре своего развития не могли различать коротковолновую часть видимого спектра. Конечно, может оказаться, что Гомер, назвав море в своих произведениях «виноцветным», применил метафору, но если внимательно проследить за всеми лингвистическими примерами, то они убедительно доказывают, что в далеком прошлом люди слабо различали зеленый, синий и голубой цвета. Исследования американского ученого Ж. Молдона показали, что синечувствительные колбочки значительно отличаются от системы желтых и красных колбочек. Это указывает на их независимое и, скорее всего, более позднее развитие.

Существует раздел науки, который занимается психофизикой цветного видения. Испытуемым предлагают выбирать наиболее предпочтительные окраски изображений. Чаще всего называют сине-фиолетовую, чисто-зеленую и оранжево-красную. Желтые, голубые, коричневые, бордовые и другие оттенки цветов упоминаются очень редко. Если сине-фиолетовая область спектра воспринималась древним человеком слабо, то ему оставалось создавать свои художественные наскальные произведения в зеленом либо оранжево-красном тоне. А поскольку человек хотел выделить свои изображения из окружающей (зеленой) природы, то он предпочитал оранжево-красный цвет.

Ученые выдвигают ряд гипотез, стараясь объяснить феномен сдвига цветного зрения у человека в сторону коротковолновой части спектра. Одна из гипотез, на наш взгляд, очень интересна. Сдвиг в синюю часть спектра связан с изменением силы тяжести на Земле или с переходом в процессе эволюции из одной среды обитания в другую. Может быть, эту гипотезу можно проверить на историческом развитии животных, ведь их эволюция длилась примерно в 1600 раз дольше, чем миллионный период развития человечества. При этом за такой промежуток времени могла меняться сила тяжести на Земле, а животные в процессе эволюции то выходили из водной среды на сушу, то обратно возвращались в водную среду. Каждый такой переход — природный эксперимент по изменению силы тяжести.

Достижения современной науки позволяют ответить на вопрос: как животные видят цвета? У животных на тот или иной цвет можно выработать условный рефлекс. Можно снять электроретинограммы (ЭРГ) с сетчатки. Глаз освещается светом с определенной длиной волны, а с сетчатки микроэлектродами снимаются биотоки. Используя два указанных способа, ученые не только установили, как видят цвета звери, птицы, ящерицы и земноводные, но и исследовали цветное зрение у моллюсков, раков и даже некоторых червей. Особенно усиленно исследуется цветное зрение у насекомых.

Анализируя большое количество фактического материала и учитывая среду обитания животных, можно установить взаимосвязь между силой тяжести и спектром цветоощущения.

Оказалось, что рыбы наиболее активно реагируют на оранжево-красный цвет. Дафнии, тело которых насыщено водой, лучше всего различают красные участки спектра. Сходная картина отмечается у пелагических моллюсков и у других планктонных рачков.

Земноводные, которые первыми переселились на сушу, в процессе эволюции ощутили всю силу земного притяжения.

Проверка цветного зрения у лягушек показала, что они предпочитают всем цветам спектра голубой. Тому же цвету отдают свои пристрастия и вышедшие на сушу виноградные улитки, в то время как их родственники, оставшиеся в воде, лучше видят длинноволновую часть спектра. Голубые и синие цвета для улиток, живущих далеко от водоема, не имеют предохранительного значения, как для лягушек, сидящих около воды. Создается впечатление, что увеличение силы тяжести приводит к сдвигу в сторону коротковолновой части спектра. Но нужно помнить, что это свойство развивается в процессе эволюции и закрепляется генетически, а не появляется при изменении силы тяжести в данный момент.

Как только наземные животные преодолели силу тяжести и появились летающие существа, снова произошел сдвиг в сторону оранжево-красного видения. Птицы, например, используют аэродинамические токи воздуха для создания невесомости. У парящих птиц, морских чаек, крачек, поморников зрение приспособлено к восприятию красного цвета. Опять та же закономерность: с уменьшением силы тяжести цветное восприятие сдвигается в сторону длинноволновой части спектра.

Однако сделанные выводы нельзя считать окончательными, потому что многие факты можно истолковать и по-другому, ведь из всех чувств цветное зрение труднее всего поддается изучению, а выдвинутые предположения иногда не укладываются в схему, связанную с воздействием гравитации на развитие цветного зрения.

Многое еще предстоит изучить в сложнейшем механизме зрения животных и человека и в строении «живых приборов», улавливающих электромагнитные, магнитные и электрические поля, а также звуковые волны.