Сложните очи на насекомите са съставени от... Защо насекомите имат кръгли очи? Как виждат насекомите? Характеристики на структурата на органите на зрението

И мухите, и пчелите имат пет очи.Три прости очиразположени в горната част на главата (може да се каже, на темето), а две сложни или фасетни са разположени отстрани на главата. Сложните очи на мухите, пчелите (както и на пеперудите, водните кончета и някои други насекоми) са обект на ентусиазирано изследване от учени. Факт е, че тези органи на зрението са подредени по много интересен начин. Те са съставени от хиляди отделни шестоъгълници, или, с други думи, научен език, фасети. Всяка от фасетите е миниатюрна шпионка, която дава изображение на отделна част от обекта. IN сложни очиах домашната муха има приблизително 4000 фасети, пчела работничка- 5000, за дрон - 8000, за пеперуда - до 17 000, за водно конче - до 30 000. Оказва се, че очите на насекомите изпращат до мозъка им няколко хиляди изображения на отделни части от обект, които, макар те се сливат в образ на обекта като цяло, но целият този обект изглежда като направен от мозайка.

Защо са необходими сложни очи?Смята се, че с тяхна помощ насекомите се ориентират в полет. Докато простите очи са предназначени да гледат обекти, които са наблизо. Така че, ако сложните очи на една пчела бъдат отстранени или покрити, тя се държи като сляпа. Ако простите очи са запечатани, тогава изглежда, че насекомото има бавна реакция.

1,2 -Сложни (съставни) очи на пчела или муха
3 -три прости очи на пчела или муха

Пет очи позволяват на насекомите да покриват 360 градуса, тоест да вижда всичко, което се случва отпред, от двете страни и отзад. Може би затова е толкова трудно да се доближите до муха незабелязано. И ако смятате, че сложните очи виждат движещ се обект много по-добре от неподвижен, тогава човек може само да се чуди как човек понякога успява да удари муха с вестник!

Способността на насекомите със сложни очи да откриват и най-малкото движение се отразява в следния пример: ако пчелите и мухите седнат с хора, за да гледат филм, ще им се стори, че двуногите зрители гледат един кадър дълго време преди да преминете към следващия. За да могат насекомите да гледат филм (а не отделни кадри, като снимка), филмът на проектора трябва да се завърти 10 пъти по-бързо.

Трябва ли да завиждаме на очите на насекомите? Вероятно не. Например, очите на мухата виждат много, но не могат да гледат отблизо. Затова те откриват храна (капка сладко например), като пълзят по масата и буквално се блъскат в нея. А пчелите, поради особеностите на зрението си, не различават червения цвят - за тях той е черен, сив или син.

По време на еволюцията на зрението някои животни развиват доста сложни оптични устройства. Те, разбира се, включват сложни очи. Те се образуват при насекоми и ракообразни, някои членестоноги и безгръбначни. Каква е разликата сложно окоот прости, какви са основните му функции? Ще говорим за това в нашия материал днес.

Сложени очи

Това е оптична система, растерна, където няма единична ретина. И всички рецептори се комбинират в малки мрежи (групи), образувайки изпъкнал слой, който не съдържа повече нервни окончания. По този начин окото се състои от много отделни единици - ommatidia, обединени в обща системавизия.

Присъщите им сложни очи се различават от бинокулярните (присъщи и на хората) по слабата дефиниция на малките детайли. Но те са в състояние да разграничат светлинните колебания (до 300 Hz), докато за хората максималните възможности са 50 Hz. И мембраната на този тип око има тръбна структура. С оглед на това фасетните очи нямат такива рефрактивни характеристики като далекогледство или късогледство, концепцията за акомодация не е приложима за тях.

Някои структурни и визуални характеристики

При много насекоми те заемат по-голямата част от главата и са практически неподвижни. Например сложните очи на водното конче се състоят от 30 000 частици, образувайки сложна структура. Пеперудите имат 17 000 омматидии, мухите имат 4 хиляди, пчелите имат 5. Работната мравка има най-малък брой частици - 100 броя.

Бинокъл или фасет?

Първият тип визия ви позволява да възприемате обема на обектите, техните малки детайли, да оценявате разстоянието до обектите и тяхното местоположение един спрямо друг. Хората обаче са ограничени до ъгъл от 45 градуса. Ако е необходим по-пълен преглед, очна ябълкаизвършва движение на рефлексно ниво (или завъртаме главата си около оста). Сложните очи под формата на полукълба с омматидии ви позволяват да виждате заобикалящата реалност от всички страни, без да обръщате зрителните си органи или главата. Освен това изображението, което окото предава, е много подобно на мозайка: една структурна единица на окото възприема отделен елемент и заедно те са отговорни за пресъздаването на пълната картина.

Разновидности

Ommatidia имат анатомични особености, в резултат на което техните оптични свойства се различават (например при различни насекоми). Учените определят три типа фасет:

Между другото, някои видове насекоми имат смесен типфасетни органи на зрението и много, в допълнение към тези, които обмисляме, също имат прости очи. Така че, в муха, например, отстрани на главата има сдвоени фасетни органи, разположени доста големи размери. А на короната има три прости очи, които изпълняват спомагателни функции. Пчелата има същата организация на зрителните органи – тоест само пет очи!

При някои ракообразни сложните очи изглеждат разположени върху подвижни стъбла.

А някои земноводни и риби имат и допълнително (теменно) око, което различава светлината, но има предметно зрение. Ретината му се състои само от клетки и рецептори.

Съвременни научни разработки

IN напоследъкСложните очи са обект на изследване и удоволствие за учените. В крайна сметка такива органи на зрението, поради оригиналната си структура, осигуряват основата за научни изобретения и изследвания в света на съвременната оптика. Основните предимства са широк преглед на пространството, развитие на изкуствени аспекти, използвани главно в миниатюрни, компактни, тайни системи за наблюдение.

Органите на зрението са развити при повечето насекоми. Постига се най-голямо развитие сложни или сложни очи . Броят на зрителните елементи - омматидии или фасети, в окото на домашна муха достига 4 хиляди, а при водните кончета дори 28 хил. Оматидиите се състоят от прозрачна леща или роговица под формата на двойно изпъкнала леща и подлежаща прозрачна леща кристален конус. Заедно се сдобряват оптична система. Под конуса е ретината, която възприема светлинните лъчи. Свързани клетки на ретината нервни влакнас оптичните дялове на мозъка. Всеки омматидиум е заобиколен от пигментни клетки.

В зависимост от възприемането на светлината различна интензивностИма апозиционни и суперпозиционни типове очи. Първият тип структура на очите е характерен за дневните насекоми, вторият - за нощните.

IN апозиционно оковсеки омматидий е изолиран в горната си част с пигмент от съседни оматидии. По този начин всеки структурна единицаОчите работят отделно от всички останали, възприемайки само „своята“ част от външното пространство. Цялостната картина се формира в мозъка на насекомото като от много парченца мозайка.

IN суперпозиционно око Омматидиите са само частично, макар и по цялата си дължина, защитени от страничните лъчи: те са полупропускливи. От една страна, това пречи на насекомите при интензивна светлина, от друга страна, им помага да виждат по-добре в здрача.

Ocelli (дорзални прости очи)- това са малки зрителни органи, които присъстват при някои възрастни и обикновено са разположени на върха на главата. Обикновено се представят в размер на три, като един лежи леко отпред и още два - отзад и встрани от предната част. Те не съдържат омматидий, а структурата на простите оцели е значително опростена. Отвън е роговицата, състояща се от корнеогенни клетки, по-дълбоко е апаратът за приемане на светлина, изграден от ретинални (чувствителни) клетки, а още по-ниско са пигментните клетки, които преминават във влакната на зрителния нерв.

От всички видове очи на насекоми простите очи имат най-слабата способност да виждат. Според някои доклади те изобщо не изпълняват зрителна функция, а са отговорни само за подобряване на функцията на сложните очи. Това по-специално се доказва от факта, че насекомите практически нямат прости очи при липса на сложни. Освен това, когато сложните очи са боядисани, насекомите престават да се ориентират в пространството, дори ако имат добре очертани прости очи.

Стъбла, или странични прости очи– присъства в ларви на насекоми с пълна метаморфоза. По време на стадия на какавидата те се "преобразуват" в сложни очи. Те изпълняват зрителна функция, но поради опростената си структура виждат сравнително слабо. За подобряване на зрението очите на ларвите често присъстват на няколко части. При ларвите на трион те са подобни на гръбните, а при гъсениците на пеперудите приличат на омматидиите на сложното око. Гъсениците възприемат формата на предметите и различават малки детайли на повърхността им.

Да се ​​върнем сега към биологията. Човешко око- в никакъв случай не е единственият тип око. Въпреки че очите на почти всички гръбначни животни са подобни на тези на хората, ние откриваме много други видове очи при низшите животни. Нямаме време да ги обсъждаме. Но сред безгръбначните (например насекоми) има и силно развити видове очи; Това комплекс,или фасетиран,очи. (Повечето насекоми, освен големите сложни очи, имат и прости очи, или оцели.) Зрението на пчелата е проучено най-задълбочено. Лесно е да се изследват визуалните характеристики на пчелите, тъй като е известно, че те са привлечени от меда и можем да проведем експерименти, като намажем например синя или червена хартия с мед и наблюдаваме кой ще привлече пчелата. Този метод разкрива много интересни характеристики на зрението на пчелите.

На първо място, когато се опитват да определят колко ясно една пчела вижда разликата между две парчета „бяла“ хартия, някои изследователи установиха, че тя не я вижда много добре, докато други, напротив, установиха, че го прави адски добре . Дори и да бъдат взети две почти напълно еднакви парчета хартия, пчелата пак ги различава. Едно парче хартия, например, беше избелено с цинково бяло, а друго с олово и въпреки че и двете изглеждаха абсолютно еднакви, пчелата можеше да ги различи, защото отразяваха ултравиолетовата светлина по различен начин. По този начин беше открито, че пчелното око е чувствително към по-къси дължини на вълните от човешкото око. Нашите очи виждат от 7000 до 4000 Å, от червено до виолетово, но пчелите могат да виждат до 3000 Å, т.е. в ултравиолетовата област! И това води до редица много интересни ефекти. Първо, пчелите различават много цветя, които ни изглеждат напълно еднакви. Няма нищо изненадващо; все пак цветята изобщо не цъфтят, за да радват очите ни. Те служат като примамка за пчелите, един вид сигнал, че тук има мед. Всеки знае, че има много "бели" цветя. Цветът, който ние ИзглеждаПчелите явно не виждат бялото, защото се оказа, че различните бели цветя не отразяват ултравиолетовлъчи толкова пълни, колкото и те вярноБели цветя. Не цялата светлина, падаща върху него, се отразява от бял обект; ултравиолетовите лъчи се губят и това е точно същото като загубата на синия цвят, т.е. получаването на жълт цвят. И така, всички бели цветя изглеждат цветни за пчелите. Знаем обаче също, че пчелите не виждат червения цвят. Така че можем да предположим, че червените цветя изглеждат черни за пчелите? Нищо подобно! Внимателното изследване на червените цветя показва, че, първо, дори очите ни могат да различат лек синкав оттенък в по-голямата част от червените цветя, причинен от допълнителното отражение на синия цвят от повечето от тях, което е във видимата зона на пчелите. В допълнение, експериментите показват също, че цветята се различават по способността си да отразяват ултравиолетовата светлина от различни частивенчелистче и т.н. Така че, ако можехме да видим цветята така, както ги виждат пчелите, щяхме да ги намерим още по-красиви и разнообразни!

Въпреки това беше открито, че има такива червени цветя, които не отразяватсиньо или ултравиолетови лъчитака че трябва Изглеждачерни пчели! Това до известна степен обяснява недоумението на тези хора, които са много загрижени за този въпрос: в края на краищата черният цвят не изглежда привлекателен и е трудно да се различи от мръсна, плътна сянка. Ето как всъщност се оказва: пчели не пристигатна тези цветя. Но те са точно това, което най-малките харесват колибри; Оказва се, че тези птици виждат перфектно червения цвят!

Друг интересен аспект от зрението на пчелата. Гледайки парче синьо небеи без да вижда самото слънце, пчелата, очевидно, все още може да определи къде е слънцето. Не ни е толкова лесно. Погледни през прозореца към небето. Виждате, че е синьо. В каква посока е слънцето сега? Пчелата може да открие това, защото е много чувствителна към посоката. поляризирансветлина и светлината, отразена от небето поляризиран. Все още има дебат за това как успява да направи това: или защото разсейването на светлината е различно при различни обстоятелства, или защото очите на пчелата са директно чувствителни към посоката на поляризираната светлина. Съвсем наскоро бяха получени данни за пряката чувствителност на окото на пчелата.

Твърди се също, че пчелата е в състояние да различи отделни проблясъци на светлина с честота 200 пъти на 1 сеитба, докато ние различаваме само 20 проблясъци. В кошера пчелите се движат много бързо; Те движат лапите си, пляскат с криле, но очите ни трудно могат да проследят всички тези движения. Сега, ако можехме да различим по-бързите трептения, тогава щеше да е друг въпрос. Очевидно за една пчела е много важно очите й да реагират толкова бързо.

Сега нека поговорим за това какво всъщност е зрителната острота на пчелата? Окото на пчелата е сложно; той се състои от огромен брой специални очи, наречени омматидия,които са разположени върху почти сферична повърхност отстрани на главата на насекомото.

На фиг. Фигура 36.7 показва омматидиум. В горната част има прозрачна зона, нещо като „леща“, но в действителност тя е по-скоро като филтър, който насочва светлината през тясно влакно, където очевидно се абсорбира. От другия му край се простира нервно влакно. Централното нервно влакно има шест клетки отстрани, от които по същество произлиза. За нашите цели това описание е напълно достатъчно; основното е, че клетката има конична форма и много такива клетки, съседни една на друга, образуват повърхността на окото на пчелата.

Нека сега видим каква е разделителната способност на такова око. Нека начертаем линия (фиг. 36.8), схематично изобразяваща омматидиума, върху повърхността на окото, която ще считаме за сфера с радиус r . Сега ще пробваме изчислиширината на всеки омматидиум, за което ще напрегнем малко изобретателността си и ще приемем, че природата е толкова интелигентна, колкото и ние! Ако омматидиумът е много голям, тогава разделителната способност не може да бъде по-голяма. С други думи, един омматидиум получава информация за една посока, съседният омматидиум получава информация за друга и т.н., а пчелата не може да види достатъчно добре обекти, които попадат между тях. По този начин несигурността в зрителната острота на окото несъмнено е свързана с ъгловия размер на края на омматидиума спрямо центъра на кривината на окото. (Всъщност очите са разположени само на повърхността на главата.) Но ъгълът от един омматидиум до следващия е равен, разбира се, на диаметъра на омматидиума, разделен на радиуса на кривината на очната повърхност:

Е ig. 36.7. Структурата на омматидиума.

Така че можем да кажем: „Колкото по-малка е стойността на , толкова по-голяма е зрителната острота.

Е ig. 36.8. Диаграма на разпространение на омматидиите по повърхността на пчелното око.

Но защо тогава природата не е дала на пчелата много, много малки омматидии? В отговор можем да кажем следното: вече познаваме физиката достатъчно добре, за да разберем, че когато се опитваме да прокараме светлина през тесен процеп, поради дифракция е невъзможно да видим достатъчно добре в дадена посока, защото светлината ще стигне до там от различни посоки, т.е. всички посоки, разположени вътре в ъгъл  d, така че

(36.2)

Сега е ясно, че ако го вземем твърде малък, всеки омматидий, поради дифракция, ще вижда не само в една посока! Но ако направите  твърде голямо, тогава въпреки че всички ще гледат в една и съща посока, ще има твърде малко от тях, за да получите достатъчно детайлна картина. Следователно трябва да изберем това разстояние д,така че пълният ефект на тези два механизма е минимален. Ако съберем два израза и намерим мястото, където сумата има минимум, получаваме

(36.3)

какво дава разстоянието

(36.4)

Книгите показват диаметър 30 мк.Както можете да видите, споразумението се оказва доста добро! Ясно е, че именно този механизъм определя размера на окото на пчелата и е напълно достъпен за нашето разбиране. Сега, замествайки полученото число в (36.1), е лесно да се определи каква е ъгловата разделителна способност на окото на пчелата. Оказва се много беден спрямо човешкото око. Ние сме в състояние да видим неща, чийто привиден размер е тридесет пъти по-малък от това, което вижда една пчела. Така че, в сравнение с човек, изображението на пчелата е доста размазано и нефокусирано.

Е ig. 36.9. Оптимален размер ommatidia, равен м .

Въпреки всичко това е така и тя просто не може да разчита на повече. Естествено възниква въпросът: защо пчелата няма око като нашето, с леща и всичко останало? Има няколко доста интересни причини, които пречат на това. Първо, пчелата е твърде малка; ако имаше око, подобно на нашето, но съответно по-малко, тогава размерът на зеницата щеше да бъде около 30 mk,и следователно дифракцията би била толкова голяма, че пчелата пак нямаше да вижда по-добре. Твърде много малко око- Това не е хубаво. Тогава, ако направите окото голямо колкото главата на пчела, то ще заеме цялата глава. В края на краищата стойността на сложното око се крие във факта, че то практически не заема място - само тънък слой върху повърхността на главата на пчелата. Така че, преди да дадете съвет на пчела, не забравяйте, че тя има своите проблеми!

Дори в далечното детство много от нас задаваха такива на пръв поглед тривиални въпроси за насекомите, като например: колко очи имат? обикновена муха, защо паяк тъче мрежа, а оса може да ухапе.

Науката ентомология има отговори на почти всеки от тях, но днес ще се позоваваме на знанията на изследователите на природата и поведението, за да разберем въпроса какво е зрителна системаот този тип.

В тази статия ще анализираме как вижда мухата и защо това досадно насекомо е толкова трудно да се убие с мухобойка или да се хване с длан на стена.

Обитател на стаята

Домашната муха или домашната муха принадлежи към семейството на истинските мухи. И въпреки че темата на нашия преглед засяга всички видове без изключение, за удобство ще си позволим да разгледаме цялото семейство, използвайки примера на този много познат вид домашни паразити.

Обикновената домашна муха е много незабележимо насекомо на външен вид. Има сиво-черно оцветяване на тялото, с някои нотки на жълто в долната част на корема. Дължината на възрастен индивид рядко надвишава 1 см. Насекомото има два чифта крила и сложни очи.

Сложни очи - какъв е смисълът?

Зрителната система на мухата включва две големи очиразположени по краищата на главата. Всяка от тях има сложна структура и се състои от множество малки шестоъгълни фасети, откъдето идва и името на този вид визия като фасетна.

Общо окото на мухата има повече от 3,5 хиляди от тези микроскопични компоненти в структурата си. И всеки от тях е в състояние да улови само малка част от цялостното изображение, предавайки информация за получената миникартина на мозъка, който сглобява всички пъзели на тази картина.

Ако сравним фасетна визияи бинокъл, който има човек например, бързо може да се убеди, че предназначението и свойствата на всеки са диаметрално противоположни.

По-развитите животни са склонни да концентрират зрението си върху определена тясна област или върху специфичен обект. За насекомите е важно не толкова да видите конкретен обект, колкото бързо да се ориентирате в пространството и да забележите приближаването на опасността.

Защо е толкова трудна за улавяне?

Този вредител наистина е много труден за изненада. Причината е не само повишената реакция на насекомото в сравнение с бавен човеки възможност за излитане почти мигновено. Главно така високо нивореакциите се дължат на навременното възприемане от мозъка на насекомото на промените и движенията в радиуса на видимост на очите му.

Зрението на мухата й позволява да вижда почти 360 градуса. Този тип визия се нарича още панорамна. Тоест всяко око осигурява 180-градусов изглед. Почти невъзможно е да изненадате този вредител, дори ако го приближите отзад. Очите на това насекомо ви позволяват да контролирате цялото пространство около него, като по този начин осигурявате сто процента цялостна визуална защита.

Има ли още интересна функциявизуално възприемане на цветова палитра от муха. В крайна сметка почти всички видове възприемат по различен начин определени цветове, познати на очите ни. Някои от тях изобщо не могат да бъдат разпознати от насекоми, други им изглеждат различно, в различни цветове.

Между другото, в допълнение към две сложни очи, мухата има още три прости очи. Те се намират в пространството между фасетите, в челната част на главата. За разлика от сложните очи, тези три се използват от насекомите за разпознаване на обект в непосредствена близост.

Така на въпроса колко очи има една обикновена муха, вече можем спокойно да отговорим – 5. Две сложни фасетни очи, разделени на хиляди омматидии (фасети) и предназначени за най-обширен контрол върху промените заобикаляща средаоколо него и три прости очи, позволяващи, както се казва, фокусиране.

Поглед към света

Вече казахме, че мухите са цветни слепи и те или не различават всички цветове, или виждат обекти, познати ни в други цветови тонове. Този вид също е в състояние да различава ултравиолетовата светлина.

Трябва също да се каже, че въпреки уникалността на зрението си, тези вредители практически не виждат в тъмното. През нощта мухата спи, защото очите й не позволяват на това насекомо да ловува в тъмното.

И тези вредители също са склонни да възприемат добре само по-малки и движещи се предмети. Едно насекомо не може да различи предмети, големи колкото човек, например. За една муха това не е нищо повече от друга част от вътрешността на околната среда.

Но приближаването на ръка към насекомо се улавя перфектно от очите му и незабавно дава необходимия сигнал на мозъка. Точно както виждането на всяка друга бързо приближаваща опасност, това няма да е трудно за тези маратонки, благодарение на сложната и надеждна система за проследяване, която природата им е предоставила.

Заключение

Така анализирахме как изглежда светът през очите на мухата. Сега знаем, че тези вездесъщи вредители, както всички насекоми, са невероятни зрителен апарат, което им позволява да не губят бдителност и през светлата част на деня да поддържат кръгова защита за наблюдение на сто процента.

Зрението на обикновената муха наподобява сложна система за проследяване, включваща хиляди миникамери за наблюдение, всяка от които предоставя на насекомото навременна информация за случващото се в непосредствена близост.