Борис Сергеев - Жизнь лесных дебрей
От столь примитивного глаза мало проку. Практически он позволяет видеть одну точку пространства, но у большинства животных такие глаза собраны в пучки по нескольку десятков, сотен или даже тысяч штук. Получается составной, или, по терминологии зоологов, фасеточный глаз, названный так потому, что роговицы объединенных глазков имеют форму шестигранников – фасеток. Насекомые близоруки, но способны понять, что собою представляет объект, находящийся вблизи.
Четкость изображения у насекомых зависит от общего числа простых глазков. Крупные фасетки хороши тем, что в них проникает много света, поэтому их чувствительность высока. Зато разрешающая способность построенного из них составного глаза оставляет желать лучшего. Чтобы рассматривать окружающий мир с достаточными подробностями, необходимо много простых глазков, но при этом, естественно, приходится мириться с их скромными размерами. Однако значительное уменьшение глазков невыгодно. Из-за дифракции световых лучей при их прохождении сквозь маленькие отверстия миниатюрные фасетки не могут обеспечить хорошей фокусировки. Немаловажное значение имеет взаимное расположение простых глазков. Хорошо, если их оптические оси расходятся всего на градус, но если расхождение больше восьми, не может быть и речи о том, чтобы рассмотреть мелкие подробности.
Лесным насекомым, особенно ведущим ночной образ жизни, необходимы глаза, обладающие высокой светочувствительностью. Она достигается за счет максимальной утилизации энергии световых лучей. У ночных насекомых отдельные глазки или вообще не изолированы друг от друга, или в сумерках перестают пользоваться светоизоляцией, убирая черный пигмент из клеток оболочки. Поэтому световые лучи, проникшие в один глазок, способны одновременно осветить и возбудить его соседей.
Такому рассеиванию света способствует то, что падающие на роговицу лучи фокусируются в точке, находящейся примерно на расстоянии 2/3 пути до рецепторных клеток. Дальше лучи расходятся, и часть их покидает конус через его боковые стенки. Поэтому свет, попавший в отдельный глазок, не только освещает находящиеся там воспринимающие элементы, но заодно усиливает освещенность соседних глазков. У мух высокая светочувствительность достигается благодаря тому, что несколько рецепторных клеток, получающих свет из одной и той же точки пространства, посылают сигналы к одной общей нервной клетке и общими усилиями вдалбливают в нее имеющуюся в их распоряжении информацию.
У позвоночных глаз устроен, как фотокамера с переменной фокусировкой, легко подстраивающаяся для изучения объектов, которые находятся на разном удалении от наблюдателя. Это достигается двумя способами: как в обычных фотоаппаратах, путем перемещения линзы – хрусталика вдоль оптической оси глаза за счет изменения его конфигурации, приводящей к изменению преломляющей способности. Это позволяет мгновенно перестраивать оптическую систему, нацеливая ее на изучение то достаточно далеко удаленных объектов, то находящихся под носом.
Глаза позвоночных весьма совершенны, однако ряд специфических достоинств есть и у фасеточных. Например, они воспринимают ультрафиолетовые лучи. Зрительные рецепторы многих высших животных реагируют на световые лучи с длиной волны от 380 до 760 нанометров. Использовать волны более широкого диапазона невозможно. Проходя через оптические среды глаза, световые лучи преломляются. Величина их отклонения от первоначального направления зависит от длины волны. Чем меньше разница в величине отклонения световых лучей, попавших в глаз, тем легче их сфокусировать. Видимо, поэтому позвоночные отказались от использования ультрафиолетовых лучей и даже защищают свои глаза от их проникновения к нежным светочувствительным элементам специальными фильтрами. Насекомые пользуются более узким диапазоном электромагнитных волн, имеющих длину от 313 до 616 нанометров и сдвинутым в ультрафиолетовую часть спектра. Использование для зрения лучей, обладающих высокими энергиями, упрощает процесс их восприятия, так как в этом случае не требуются высокочувствительные рецепторы.
Еще одним удивительным приспособлением, помогающим ориентироваться в окружающем пространстве, обладают насекомые: они способны определять плоскость поляризации света. Световые волны всегда перпендикулярны световому лучу. Разница между неполяризованным и поляризованным светом заключается в том, что в первом случае световые волны направлены в разные стороны от оси луча, а во втором – все без исключения лежат в одной плоскости. Уменье обнаружить плоскость поляризации солнечный лучей позволяет определять, откуда они идут, и понять, где в данный момент находится солнце. Насекомым достаточно клочка голубого неба, чтобы разобраться в направлении световых лучей и установить положение нашего дневного светила. Само солнце может быть при этом скрыто облаками, заслонено листвой. Жителям первого этажа густых лесов, куда прямые солнечные лучи заглядывают нечасто, поляризованный свет позволяет ориентироваться, находить дорогу в самых непроходимых дебрях.
В число главных функций зрительного анализатора входит задача снабжать мозг достаточной информацией, которая помогала бы установить, что за объект рассматривает глаз и где он находится. Способность правильно ответить на первый вопрос зависит главным образом от степени развития мозга. Ответить на второй вопрос помогает конструкция глаза. Благодаря строгой прямолинейности распространения световых лучей установить точное направление на рассматриваемый объект не представляет особых трудностей. Значительно сложнее определить, на каком он находится расстоянии.
Млекопитающие, когда приглядываются к какому-нибудь предмету, сближают зрачки, сводя на нем зрительные оси своих глаз. Оценка конвергенции, то есть степени сведения глаз, позволяет определить расстояние до рассматриваемого объекта. Сложные глаза насекомых неподвижны, но и здесь используется сходный механизм, так как изображение рассматриваемого объекта, если он находится точно спереди, попадает на определенные, симметрично расположенные глазки. Таким образом, показателем расстояния является не степень сведения глаз, а местоположение «увидевших» объект глазков на топографическом плане сложного глаза.
Здесь нет возможности подробно остановиться на самом процессе восприятия. Напомню лишь, что свет должен поглотиться светочувствительным пигментом. Только в этом случае зрительный рецептор возбудится. Камерный глаз позвоночных содержит два типа светочувствительных клеток: палочки, одинаково реагирующие на свет с разной длиной волны, и колбочки, снабженные тремя типами пигментов, каждый из которых поглощает световые лучи лишь определенной длины волны. Палочки создают черно-белое изображение окружающего мира, а информация, поставляемая колбочками, обеспечивает цветное зрение.
В зависимости от образа жизни животных глаза позвоночных имеют индивидуальный набор рецепторных клеток. Чувствительность палочек очень высока, к тому же их в глазу обычно гораздо больше, чем ганглиозных (нервных) клеток, которым они адресуют полученную информацию. Поэтому каждый нейрон соединен со множеством палочек, что в еще большей степени усиливает чувствительность глаза. Если в условиях слабого освещения одна-единственная светочувствительная клетка не в состоянии возбудить ганглиозную клетку, дружные усилия группы палочек с этим легко справляются. Однако при такой системе соединения рецепторных элементов с нервными разрешающая способность глаза, или, попросту говоря, острота зрения, не может быть велика и не позволяет рассмотреть слишком мелкие детали изучаемого объекта. Палочки предназначены для сумеречного зрения, когда необходимо увидеть хотя бы самое главное.
Чувствительность колбочек значительно ниже. Однако благодаря тому, что каждая ганглиозная клетка получает информацию от одной или небольшого числа рецепторных клеток, то есть собирает информацию с меньшей площади сетчатки глаза, они обеспечивают высокую остроту зрения. Колбочки предназначены для дневного зрения и в сумерках работать не в состоянии, для этого их чувствительность недостаточна. Глаза человека примерно в равной степени приспособлены к полумраку и для работы на ярком свету, а поэтому снабжены светочувствительными элементами обоих типов, правда, колбочек у нас в 20 раз меньше, чем палочек. У настоящих ночных животных колбочек нет вообще, зато в глазу дневных обитателей леса, особенно у жителей верхних этажей, мало палочек, а многие птицы, ящерицы и змеи вообще обходятся одними колбочками.
Темная ночь создает для зрительных рецепторов самые тяжелые условия. Недаром глаза у ночных животных имеют целый ряд усовершенствований, значительно усиливающих светочувствительность. Самое главное приспособление, облегчающее сумеречное зрение, – светоотражающий экран, подостланный под рецепторные клетки. Он предназначен для того, чтобы свет, попавший в глаз, использовать полностью.
