حشرات چشمان ساده ای دارند. شرح مختصری از کلاس حشرات

قابلیت دیدن جهاندر تمام طیف رنگ ها و سایه های آن - هدیه بی نظیرطبیعت به انسان دنیای رنگ هایی که چشم ما می تواند درک کند، روشن و شگفت انگیز است. اما انسان تنها موجود زنده روی این سیاره نیست. آیا حیوانات و حشرات نیز اشیا، رنگ ها، اشکال شب را می بینند؟ مثلاً مگس ها یا زنبورها اتاق ما یا یک گل را چگونه می بینند؟

چشم حشرات

علم مدرن با کمک ابزارهای خاص توانسته است جهان را از چشم حیوانات مختلف ببیند. این کشف در زمان خود تبدیل به یک احساس شد. معلوم می شود که بسیاری از برادران کوچکتر ما، به ویژه حشرات، تصویری کاملاً متفاوت از آنچه ما می بینیم می بینند. مگس ها هم می بینند؟ بله، اما اصلاً اینطور نیست، و معلوم می شود که ما و مگس ها و سایر پرواز و خزنده ها به نظر در یک دنیا زندگی می کنیم، اما کاملاً متفاوت.

همه چیز در مورد حشرات است، او تنها نیست، یا بهتر بگوییم، کاملاً تنها نیست. چشم یک حشره مجموعه ای از هزاران وجه یا اوماتیدیا است. آنها شبیه لنزهای مخروطی هستند. هر یک از این اوماتیدیا بخش متفاوتی از تصویر را می بیند که فقط برای آن قابل دسترسی است. مگس ها چگونه می بینند؟ تصویری که آنها مشاهده می کنند شبیه تصویری است که از یک موزاییک یا یک پازل جمع شده است.

حدت بینایی حشرات به تعداد اوماتیدیاها بستگی دارد. بیناترین سنجاقک است، دارای اوماتیدیا است - حدود 30 هزار. پروانه ها نیز بینا هستند - حدود 17 هزار، برای مقایسه: یک مگس 4 هزار و یک زنبور 5 دارد. بیشترین آسیب بینایی مورچه است، چشم آن فقط 100 وجه دارد.

دفاع همه جانبه

یکی دیگر از توانایی های حشرات که با انسان متفاوت است، توانایی دیدن اطراف است. لنز چشمی قادر است همه چیز را در 360 درجه ببیند. در میان پستانداران، خرگوش بزرگترین زاویه دید - 180 درجه است. به همین دلیل به او لقب مایل داده اند، اما اگر دشمنان زیادی وجود دارد چه باید کرد. شیر از دشمنان نمی ترسد و چشمانش به کمتر از 30 درجه افق می نگرد. در حشرات کوچک، طبیعت کمبود رشد را با توانایی دیدن هر کسی که روی آنها می خزد جبران کرد. آنچه دیگر درک بصری حشرات را متمایز می کند سرعت تغییر تصویر است. در طول یک پرواز سریع، آنها موفق می شوند هر چیزی را که مردم نمی توانند با چنین سرعتی ببینند، متوجه شوند. به عنوان مثال، مگس ها چگونه تلویزیون را می بینند؟ اگر چشمان ما شبیه مگس یا زنبور بود، باید فیلم را ده برابر سریعتر بچرخانیم. گرفتن مگس از پشت تقریباً غیر ممکن است. یک شخص برای یک حشره مانند یک لاک پشت کند به نظر می رسد و یک لاک پشت به طور کلی مانند یک سنگ بی حرکت به نظر می رسد.

رنگ های رنگین کمان

تقریباً همه حشرات کور رنگ هستند. آنها رنگ ها را تشخیص می دهند، اما به روش خود. جالب اینجاست که چشم حشرات و حتی برخی از پستانداران اصلا رنگ قرمز را درک نمی کند یا آن را آبی یا بنفش می بیند. برای زنبور عسل، گل های قرمز سیاه به نظر می رسند. گیاهانی که به گرده افشانی زنبور عسل نیاز دارند قرمز شکوفا نمی شوند. اکثریت رنگ های روشنقرمز، صورتی، نارنجی، شرابی، اما نه قرمز. آن دسته از نادرهایی که به خود اجازه می دهند لباس قرمز رنگی داشته باشند، به روشی متفاوت گرده افشانی می شوند. این رابطه در طبیعت است. تصور اینکه چگونه دانشمندان توانستند بفهمند مگس ها چگونه رنگ های یک اتاق را می بینند دشوار است، اما معلوم شد که رنگ مورد علاقه آنها زرد است و آبی و سبز آنها را آزار می دهد. همینطور. برای اینکه مگس کمتری در آشپزخانه خود داشته باشید، فقط باید آن را به درستی رنگ آمیزی کنید.

آیا مگس ها می توانند در تاریکی ببینند؟

مگس ها، مانند بیشتر حشرات پرنده، شب ها می خوابند. بله، بله، آنها هم به خواب نیاز دارند. اگر مگسی مدام رانده شود و سه روز نتواند بخوابد، می میرد. مگس ها در تاریکی ضعیف می بینند. اینها حشرات با چشم های گرد، اما کوته بینانه آنها برای یافتن غذا به چشم نیاز ندارند.

برخلاف مگس‌ها، زنبورهای کارگر در شب خوب می‌بینند که به آنها اجازه می‌دهد در آن کار کنند شیفت شبیکسان. در شب بوی گلها شدیدتر است و رقبای کمتری برای شهد وجود دارد.

آنها در شب خوب می بینند، اما رهبر بی شک در بینایی در تاریکی، سوسک آمریکایی است.

شکل مورد

درک شکل یک جسم توسط حشرات مختلف جالب است. ویژگی این است که آنها ممکن است به هیچ وجه اشکال ساده را درک نکنند، که برای زنده ماندن آنها ضروری نیست. زنبورها و پروانه ها اشیاء با اشکال ساده را نمی بینند، به ویژه آنهایی که ثابت هستند، اما جذب هر چیزی که شکل گل پیچیده ای دارند، می شوند، به خصوص اگر حرکت کنند یا تاب بخورند. این به ویژه این واقعیت را توضیح می دهد که زنبورها و زنبورها به ندرت فردی را که بی حرکت می ایستد نیش می زنند و اگر این کار را انجام دهند، هنگام صحبت (حرکت لب هایش) در ناحیه لب ها است. مگس ها و برخی حشرات دیگر شخص را درک نمی کنند، آنها صرفاً در جستجوی غذا بر روی او می نشینند، که آنها را با بویایی جستجو می کنند و با حسگرهای روی پنجه های خود می بینند.

ویژگی های کلی دید حشرات

• فقط پروانه ها می توانند رنگ قرمز را تشخیص دهند - آنها گرده افشانی می کنند گل های کمیابچنین محدوده ای
• همه چشم ها ساختار وجهی دارند، تفاوت در تعداد اوماتیدیا است.
• تریکرومازیا یا توانایی تبدیل رنگ ها به سه رنگ اصلی: بنفش، سبز و ماوراء بنفش.
• توانایی شکستن و انعکاس پرتوهای نور و دیدن کل تصویر واقعیت اطراف.
• امکان مشاهده تصاویری که خیلی سریع تغییر می کنند.
• حشرات می دانند چگونه با نور خورشید حرکت کنند، بنابراین پروانه ها به سمت لامپ جمع می شوند.
• دید دوچشمی به شکارچیان در دنیای حشرات کمک می کند تا فاصله تا طعمه خود را به دقت تعیین کنند.

هم مگس ها و هم زنبورها پنج چشم دارند.سه چشم ساده در قسمت بالایی سر (شاید بتوان گفت روی تاج سر) و دو چشم پیچیده یا وجهی در طرفین سر قرار دارند. چشم های مرکب مگس ها، زنبورها (و همچنین پروانه ها، سنجاقک ها و برخی دیگر از حشرات) موضوع مطالعه مشتاقانه دانشمندان است. واقعیت این است که این اندام های بینایی به شیوه ای بسیار جالب چیده شده اند. آنها از هزاران شش ضلعی منفرد تشکیل شده اند، یا به عبارت دیگر، زبان علمی، وجوه هر یک از وجوه یک روزنه مینیاتوری است که تصویری از قسمت جداگانه ای از جسم به دست می دهد. چشمان مرکب مگس خانگی تقریباً 4000 وجه دارد. زنبور کارگر- 5000، برای یک هواپیمای بدون سرنشین - 8000، برای یک پروانه - تا 17،000، برای یک سنجاقک - تا 30،000 به نظر می رسد که چشمان حشرات چندین هزار تصویر از قسمت های جداگانه یک جسم را به مغز آنها ارسال می کند. آنها در یک تصویر از شی به عنوان یک کل ادغام می شوند، اما همه این شی به نظر می رسد که از یک موزاییک ساخته شده است.

چرا چشم مرکب مورد نیاز است؟اعتقاد بر این است که با کمک آنها حشرات خود را در پرواز جهت می دهند. در حالی که چشم های سادهطراحی شده برای مشاهده اشیاء نزدیک. بنابراین، اگر چشم های مرکب زنبور عسل برداشته یا پوشانده شود، رفتاری مانند نابینایی دارد. اگر چشم های ساده مهر و موم شوند، به نظر می رسد که حشره واکنش کندی دارد.

1,2 -چشم مرکب ( مرکب ) زنبور عسل یا مگس
3 -سه چشم ساده زنبور عسل یا مگس

پنج چشم به حشرات اجازه می دهد تا 360 درجه را بپوشانندیعنی دیدن هر اتفاقی که در جلو و در دو طرف و پشت سر می افتد. شاید به همین دلیل است که نزدیک شدن به مگس بدون توجه بسیار دشوار است. و اگر در نظر بگیرید که چشم های مرکب یک جسم متحرک را بسیار بهتر از یک جسم ثابت می بینند، در این صورت فقط می توان تعجب کرد که چگونه یک فرد گاهی اوقات موفق می شود یک مگس را با روزنامه بکوبد!

ویژگی حشرات با چشم مرکبگرفتن حتی کوچکترین حرکت در مثال زیر نشان داده شده است: اگر زنبورها و مگس ها با مردم برای تماشای یک فیلم بنشینند، به نظر آنها می رسد که بینندگان دو پا برای مدت طولانی به یک فریم نگاه می کنند تا به فریم بعدی بروند. . برای اینکه حشرات بتوانند یک فیلم (و نه فریم های جداگانه، مانند عکس) تماشا کنند، فیلم پروژکتور باید 10 برابر سریعتر بچرخد.

آیا باید به چشم حشرات حسادت کنیم؟ احتمالا نه. به عنوان مثال، چشمان مگس چیزهای زیادی می بیند، اما نمی تواند از نزدیک نگاه کند. به همین دلیل است که آنها با خزیدن روی میز و برخورد واقعی به آن غذا (مثلاً یک قطره مربا) کشف می کنند. و زنبورها، به دلیل ویژگی های بینایی خود، رنگ قرمز را تشخیص نمی دهند - برای آنها سیاه، خاکستری یا آبی است.

صفحه 3 از 5

حشره و انسان به معنای واقعی کلمه به جهان نگاه می کنند با چشمای متفاوت. چشم همه حشرات - خواه مگس خانگی، هورنت، پروانه یا سوسک - پیچیده (چهره)، متشکل از اوسل های منفرد است. (بسیاری از گونه ها چشمان ساده ای نیز دارند.) برخی از پروانه ها و سنجاقک ها چشمی مرکب از 30000 عنصر دارند. مورچه ها فقط شش دارند. هر چشمی عدسی مخصوص به خود را دارد، فاصله کانونیکه ثابت است و جا نمی دهد. حشره یک تصویر موزاییکی می بیند (این همان چیزی است که یک عکس روزنامه بسیار بزرگ شده به نظر می رسد - که از لکه های منفرد تشکیل شده است) و شکل اجسام را به خوبی متمایز می کند. اما چشم مرکب حرکت را کاملاً می بیند که به حشره کمک می کند از شکارچیان دوری کند و طعمه را تشخیص دهد.

چشم‌های مگس‌ها و سنجاقک‌ها بیشتر سطح سر را اشغال می‌کنند و دید تقریباً 360 درجه را فراهم می‌کنند، به طوری که می‌توان شکارچیان را از پشت، بالا و پایین مشاهده کرد. مورچه ها که بیشتر وقت خود را در زیر زمین می گذرانند، به چشمان توسعه نیافته بسنده می کنند و برخی از گونه ها نابینا هستند.

ساختار چشم مرکب

سنجاقک چند چشم دارد؟

برای حشرات شکارچی و سریع پرواز، بینایی است پراهمیت. چشمان آنها از تعداد زیادی چشم فردی تشکیل شده است. چنین چشم مرکب در سنجاقک ها می تواند از 30000 عدسی مجزا تشکیل شود. نور با عبور از لنزها و مخروط های کریستالی شفاف به سلول های حساس می رسد. آنها آن را به تکانه های الکتریکی تبدیل می کنند که سپس به مغز منتقل می شود و در آنجا یک تصویر کامل جمع آوری می شود. به نظر می رسد این تصویر به سلول ها تقسیم شده و از نقاط زیادی تشکیل شده است - مانند یک عکس روزنامه یا یک محافظ صفحه نمایش در تلویزیون. علاوه بر چشم های مرکب، بسیاری از حشرات دارای سه چشم کوچک روی پیشانی هستند - با سلول های حساس به نور و یک عدسی مشترک. حشرات برای تعیین درجه روشنایی فضای اطراف و تنظیم موقعیت بدن خود در هنگام پرواز به آنها نیاز دارند. در سنجاقک، اوسل های منفرد داخل چشم مرکب به وضوح قابل مشاهده است. از نظر ساختار نسبتا ساده است، چشم اضافی در مرکز پیشانی شبیه یک قطره آب است.

سرعت پرواز سنجاقک

سنجاقک های بزرگ معمولا با سرعتی در حدود 30 کیلومتر در ساعت پرواز می کنند. یکی از گونه های سنجاقک استرالیایی هنگام پرواز در مسافت های کوتاه می تواند به سرعت 58 کیلومتر در ساعت برسد. با این حال، قهرمانان پروازهای پرسرعت مگس اسب هستند. نگاه آمریکاییسرعت مگس اسب تا 70 کیلومتر در ساعت می رسد. سنجاقک ها به لطف ماهیچه های مستقیم خود می توانند بال های خود را در همه جهات حرکت دهند و در نتیجه حتی به سمت عقب پرواز کنند.

آیا حشرات رنگ ها را می بینند؟

سلول های بینایی انسان سه رنگ اصلی را تشخیص می دهند: آبی، سبز و قرمز. تمام رنگ های دیگر از ترکیب این سه رنگ اصلی به وجود می آیند. هر زنبور عسل چشم جداهمچنین شامل سه نوع سلول است که با این حال بین نور آبی، سبز و ماوراء بنفش تمایز قائل می شود. زنبورها رنگ قرمز را درک نمی کنند: به نظر آنها خاکستری تیره یا سیاه است. نور ماوراء بنفش به زنبورها، مورچه‌ها و مگس‌ها اطلاعاتی در مورد جهت ارتعاشات نور پلاریزه می‌دهد که توسط مغز حشره تجزیه و تحلیل می‌شود. بنابراین، حشرات، حتی در ابرهای بلند، می توانند موقعیت خورشید را ارزیابی کرده و در منطقه حرکت کنند. حشرات آب و اسموتی ها همچنین از داده های نور پلاریزه استفاده می کنند که با آن سطوح آب را می بینند که نور را در پرواز منعکس می کند.

وضوح چیست؟

یک فرد می تواند 20 تصویر متناوب در ثانیه را درک کند. اگر این سریعتر اتفاق بیفتد، تصویر در حال حرکت دیده می شود. از این افکت در هنگام فیلمبرداری فیلم استفاده می شود. تصویر روی مانیتور کامپیوتر و صفحه تلویزیون 50 بار در ثانیه به روز می شود و بنابراین ثابت به نظر می رسد. چشم مگس سرگین می تواند تصاویر را در چهار هزارم ثانیه تشخیص دهد. زنبورهای عسل 300 عکس در ثانیه می بینند.

نشان دادن همه

انواع ساختار اندام های بینایی

در حشرات، چشم ها را می توان در سه نوع ارائه کرد:

• (وجهی)؛
• (پشتی، اوسلی)؛
• لارو (جانبی، لارو). (عکس)

آنها دارند ساختار متفاوتو توانایی نابرابر دیدن

چشم های مرکب در اکثر حشرات یافت می شود و هرچه حشرات پیشرفته تر باشند، اندام های بینایی آنها معمولاً رشد می کنند. همچنین وجهی نامیده می شود، زیرا آنها سطح بیرونیاین توسط مجموعه ای از لنزهایی که در کنار یکدیگر قرار دارند - جنبه ها نشان داده می شود.

اوماتیدیوم

اوماتیدیوم

A (سمت چپ) - اوماتیدیوم آپوزیونال،

B (راست) - برهم نهی ommatidium

1 - آکسون های سلول های بینایی، 2 - سلول های شبکیه،

3 - قرنیه، 4 - مخروط کریستالی،

5 - سلولهای رنگدانه، 6 - راهنمای نور، 7 - رابدوم

یک چشم مرکب از تعداد افراد متفاوت و معمولاً زیادی تشکیل شده است واحدهای ساختاری- اوماتیدیا شامل تعدادی ساختار است که هدایت، شکست نور (وجه، سلول های قرنیه، مخروط کریستالی) و درک سیگنال های بصری (سلول های شبکیه، رابدوم، سلول های عصبی). علاوه بر این، هر یک دارای یک دستگاه عایق رنگدانه است که به دلیل آن به طور کامل یا جزئی از اشعه های جانبی محافظت می شود.

نمودار ساختار یک چشم ساده

در بین انواع چشم ها، حشرات ضعیف ترین توانایی دیدن را دارند. طبق برخی گزارش ها اصلا اجرا نمی کنند عملکرد بصری، و فقط وظیفه بهبود عملکرد چشم مرکب را بر عهده دارند. این به ویژه با این واقعیت ثابت می شود که در حشرات عملاً موارد ساده بدون پیچیده وجود ندارد. علاوه بر این، هنگامی که چشم‌های مرکب روی آن رنگ می‌شوند، حشرات دیگر جهت‌گیری خود را در فضا متوقف می‌کنند، حتی اگر چشم‌هایشان کاملاً مشخص باشد.

ویژگی های بینایی حشرات

اختصاص به مطالعه بینایی حشرات مقدار زیادیآثار علمی با توجه به چنین علاقه ای از جانب متخصصان، بسیاری از ویژگی های چشم حشره اکنون به طور قابل اعتمادی روشن شده است. با این حال، ساختار اندام های بینایی در این موجودات به قدری متنوع است که کیفیت بینایی، درک رنگ و حجم، تمایز بین اجسام متحرک و ثابت، تشخیص تصاویر بصری آشنا و سایر ویژگی های بینایی بسیار متفاوت است. گروه های مختلفحشرات عوامل زیر می توانند بر این تأثیر بگذارند: در یک چشم مرکب - ساختار اوماتیدیا و تعداد آنها، تحدب، محل و شکل چشم ها. در چشم های ساده و - تعداد آنها و ویژگی های ساختاری ظریف، که می تواند با تنوع قابل توجهی از گزینه ها نشان داده شود. بینایی زنبورها تا به امروز به بهترین شکل مورد مطالعه قرار گرفته است.

حرکت یک جسم نقش خاصی در درک شکل دارد. حشرات بیشتر روی گل هایی که در باد تکان می خورند فرود می آیند تا روی گل های ساکن. سنجاقک ها به دنبال طعمه های متحرک می شتابند و پروانه های نر به ماده های در حال پرواز واکنش نشان می دهند و در دیدن پروانه های نشسته مشکل دارند. این احتمالاً به دلیل فرکانس مشخصی از تحریک اوماتیدیا چشم در حین حرکت، سوسو زدن و سوسو زدن است.

شناخت اشیاء آشنا

حشرات اشیاء آشنا را نه تنها با رنگ و شکل، بلکه با چیدمان اجسام در اطراف آنها می شناسند، بنابراین ایده بدوی استثنایی دید آنها را نمی توان درست نامید. به عنوان مثال، Sand Wasp ورودی یک لانه را پیدا می کند و توسط اشیایی که در اطراف آن قرار دارند (علف، سنگ) هدایت می شود. اگر آنها برداشته شوند یا مکان آنها تغییر کند، این می تواند حشره را گیج کند.

درک فاصله

این ویژگی به بهترین وجه با استفاده از نمونه سنجاقک ها، سوسک های زمینی و سایر حشرات شکارچی مورد مطالعه قرار می گیرد.

توانایی تعیین فاصله به دلیل وجود حشرات بالاتر است دید دوچشمییعنی دو چشم که میدان دید آنها تا حدی قطع می شود. ویژگی های ساختاری چشم ها تعیین می کند که فاصله موجود برای مشاهده یک حشره خاص چقدر است. به عنوان مثال، سوسک‌های جهنده به طعمه واکنش نشان می‌دهند و زمانی که در فاصله 15 سانتی‌متری از جسم قرار می‌گیرند، به آن می‌پرند.

حرکت نورانی

حرکت بسیاری از حشرات به گونه ای است که دائماً همان زاویه تابش نور را روی شبکیه حفظ می کنند. بدین ترتیب، اشعه های خورشیدنوعی قطب نما هستند که حشره با آن جهت گیری می کند. با همین اصل، پروانه ها در جهت منابع نور مصنوعی حرکت می کنند.

اعتقاد بر این است که یک فرد تا 90٪ از دانش در مورد دنیای خارج را با استفاده از دید استریوسکوپی خود دریافت می کند. خرگوش ها دید جانبی به دست آورده اند که به لطف آن می توانند اشیاء واقع در کنار و حتی پشت آنها را ببینند. در ماهی های اعماق دریا، چشم ها می توانند تا نیمی از سر را اشغال کنند و "چشم سوم" جداری لامپری به آن اجازه می دهد تا به خوبی در آب حرکت کند. مارها فقط می توانند یک جسم متحرک را ببینند، اما چشمان شاهین شاهین به عنوان هوشیارترین در جهان شناخته می شود که قادر به ردیابی طعمه از ارتفاع 8 کیلومتری است!

اما نمایندگان پرشمارترین و متنوع ترین طبقه موجودات زنده روی زمین - حشرات - جهان را چگونه می بینند؟ در کنار مهره داران که فقط از نظر اندازه بدن نسبت به آنها پایین تر هستند، این حشرات هستند که کامل ترین بینایی و ساختارهای پیچیده را دارند. سیستم های نوریچشم ها. اگرچه چشم های مرکب حشرات محل سکونت ندارند، در نتیجه می توان آنها را نزدیک بینی نامید، اما آنها بر خلاف انسان قادر به تشخیص اجسام متحرک بسیار سریع هستند. و به لطف ساختار منظم گیرنده های نوری آنها، بسیاری از آنها یک "حس ششم" واقعی دارند - دید قطبی.

بینایی محو می شود - قدرت من،
دو نیزه الماس نامرئی...

A. Tarkovsky (1983)

سخت است که اهمیت را بیش از حد ارزیابی کنیم سوتا (تابش الکترومغناطیسیطیف مرئی) برای همه ساکنان سیاره ما. نور خورشیدبه عنوان منبع اصلی انرژی برای گیاهان و باکتری های فتوسنتزی کننده و به طور غیرمستقیم از طریق آنها برای همه موجودات زنده بیوسفر زمین عمل می کند. نور مستقیماً بر جریان همه تنوع تأثیر می گذارد فرآیندهای زندگیحیوانات، از تولید مثل تا تغییرات رنگ فصلی. و، البته، به لطف درک نور توسط اندام های حسی خاص، حیوانات قابل توجهی دریافت می کنند (و اغلب ب Oاکثر اطلاعات مربوط به دنیای اطراف، آنها می توانند شکل و رنگ اجسام را تشخیص دهند، حرکت اجسام را تعیین کنند، در فضا حرکت کنند و غیره.

بینایی به ویژه برای حیواناتی که قادر به حرکت فعال در فضا هستند بسیار مهم است: با ظهور حیوانات متحرک بود که بینایی شروع به شکل گیری و بهبود کرد. دستگاه بصری- پیچیده ترین از همه شناخته شده است سیستم های حسی. چنین حیواناتی شامل مهره داران و در بین بی مهرگان - سرپایانو حشرات این گروه از ارگانیسم ها هستند که می توانند از پیچیده ترین اندام های بینایی به خود ببالند.

با این حال، دستگاه بصری این گروه ها به طور قابل توجهی متفاوت است، همانطور که درک تصاویر نیز متفاوت است. اعتقاد بر این است که حشرات به طور کلی در مقایسه با مهره داران ابتدایی تر هستند، نه به ذکر بالاترین سطح آنها - پستانداران، و، به طور طبیعی، انسان. اما درک بصری آنها چقدر متفاوت است؟ به عبارت دیگر، آیا جهان از چشم موجود کوچکی به نام مگس با ما تفاوت زیادی دارد؟

موزاییک شش ضلعی

سیستم بینایی حشرات اصولاً هیچ تفاوتی با سایر حیوانات ندارد و از اندام های بینایی محیطی تشکیل شده است. ساختارهای عصبیو تشکل های مرکزی سیستم عصبی. اما در مورد مورفولوژی اندام های بینایی، در اینجا تفاوت ها به سادگی قابل توجه است.

همه با پیچیده آشنا هستند وجهیچشم حشرات، که در حشرات بالغ یا در لارو حشرات در حال رشد یافت می شود تحول ناقصیعنی بدون مرحله شفیرگی. استثناهای زیادی برای این قاعده وجود ندارد: اینها کک‌ها (راست Siphonaptera)، بال‌های بانی (order Strepsiptera)، اکثر ماهی‌های نقره‌ای (خانواده Lepismatidae) و کل کلاس cryptognathans (Entognatha) هستند.

چشم مرکب شبیه سبد یک گل آفتابگردان رسیده است: از مجموعه ای از وجوه تشکیل شده است. اوماتیدیا) - گیرنده های تابش نور مستقل که همه چیز لازم برای تنظیم شار نور و تشکیل تصویر را دارند. تعداد وجوه بسیار متفاوت است: از چندین در دم مو ( راسته تیسانورا ) تا 30 هزار در سنجاقک ( راسته آشنا ) . با کمال تعجب، تعداد اوماتیدیاها حتی در یک گروه سیستماتیک می‌تواند متفاوت باشد: برای مثال، تعدادی از گونه‌های سوسک زمینی که در فضاهای باز زندگی می‌کنند، دارای چشم‌های ترکیبی توسعه‌یافته هستند. مقدار زیاد ommatidia، در حالی که در سوسک های زمینی که در زیر سنگ زندگی می کنند، چشم ها بسیار کاهش یافته و از تعداد کمی اوماتیدیا تشکیل شده است.

لایه بالایی اوماتیدیا توسط قرنیه (عدسی) - بخشی از کوتیکول شفاف که توسط سلول های ویژه ترشح می شود، نشان داده می شود که نوعی عدسی دو محدب شش ضلعی است. در زیر قرنیه اکثر حشرات یک مخروط کریستالی شفاف وجود دارد که ساختار آن ممکن است بین آنها متفاوت باشد. انواع متفاوت. در برخی گونه ها، به ویژه آنهایی که شب زنده داری هستند، ساختارهای اضافی در دستگاه شکست نور وجود دارد که عمدتاً نقش پوشش ضد انعکاسو افزایش انتقال نور از چشم.

تصویر تشکیل شده توسط عدسی و مخروط کریستالی روی حساس به نور می افتد شبکیهسلول های (بصری) که یک نورون با دم-آکسون کوتاه هستند. چندین سلول شبکیه یک بسته استوانه ای واحد را تشکیل می دهند - شبکیه چشم. در داخل هر سلول، در سمتی که به سمت داخل است، ommatidium قرار دارد رابدومر- تشکیل ویژه ای از بسیاری از (تا 75-100 هزار) لوله های پرز میکروسکوپی که غشای آن حاوی رنگدانه بصری است. مانند تمام مهره داران، این رنگدانه است رودوپسین- پروتئین رنگی پیچیده به دلیل وسعت زیاد این غشاها، نورون گیرنده نوری حاوی نورون است تعداد زیادی ازمولکول های رودوپسین (مثلاً در مگس های میوه). مگس سرکهاین تعداد از 100 میلیون فراتر می رود!).

رابدومرهای تمام سلول های بینایی، ترکیب شده به رابدومو عناصر گیرنده چشم مرکب حساس به نور هستند و تمام شبکیه ها با هم مشابه شبکیه ما را تشکیل می دهند.

دستگاه شکست نور و حساس به نور وجه در امتداد محیط توسط سلول هایی با رنگدانه ها احاطه شده است که نقش عایق نور را بازی می کنند: به لطف آنها، شار نور هنگام شکست، به نورون های تنها یک اوماتیدیا می رسد. اما این است که چگونه وجوه در به اصطلاح مرتب شده است فتوپیکچشمان سازگار با نور روز روشن

برای گونه هایی که سبک زندگی گرگ و میش یا شبانه را دنبال می کنند، چشم های نوع متفاوتی مشخص است - اسکوپیک. چنین چشم هایی تعدادی سازگاری با شار نور ناکافی دارند، به عنوان مثال، رابدومرهای بسیار بزرگ. علاوه بر این، در اوماتیدیا این گونه چشم ها، رنگدانه های ایزوله کننده نور می توانند آزادانه در داخل سلول ها مهاجرت کنند، به طوری که شار نور می تواند به سلول های بینایی اوماتیدیا همسایه برسد. این پدیده زمینه به اصطلاح انطباق تاریک چشم حشرات - افزایش حساسیت چشم در نور کم.

وقتی رابدومرها فوتون های نور را در سلول های شبکیه جذب می کنند، تکانه های عصبیکه در امتداد آکسون ها به لوب های بینایی جفتی مغز حشرات فرستاده می شوند. هر لوب نوری دارای سه مرکز ارتباطی است که در آن جریان اطلاعات بصری که به طور همزمان از بسیاری از جنبه‌ها می‌آید پردازش می‌شود.

از یک تا سی

بر اساس افسانه های باستانی، مردم زمانی دارای "چشم سوم" بودند که مسئول ادراک فراحسی بود. هیچ مدرکی برای این وجود ندارد، اما همان لامپری و سایر حیوانات، مانند مارمولک پرزدار و برخی از دوزیستان، اندام‌های حساس به نور غیرمعمولی در جای «نادرست» دارند. و از این نظر، حشرات از مهره داران عقب نمی مانند: علاوه بر چشم های مرکب معمولی، آنها دارای سلول های کوچک اضافی هستند - ocelliواقع در سطح frontoparietal، و ساقه ها- در دو طرف سر

Ocelli به طور عمده در حشرات خوب پرواز یافت می شود: بالغ (در گونه هایی با دگردیسی کامل) و لارو (در گونه هایی با دگردیسی ناقص). به عنوان یک قاعده، اینها سه اوسل هستند که به شکل مثلث مرتب شده اند، اما گاهی اوقات ممکن است یک یا دو جانبی میانی وجود نداشته باشد. ساختار Ocelli شبیه به ommatidia است: در زیر یک عدسی شکست نور، آنها لایه ای از سلول های شفاف (مشابه مخروط کریستالی) و شبکیه شبکیه دارند.

ساقه ها را می توان در لارو حشرات یافت که با دگردیسی کامل رشد می کنند. تعداد و محل آنها بسته به گونه متفاوت است: در هر طرف سر می تواند از یک تا سی اوسلی وجود داشته باشد. در کاترپیلارها شش اوسل بیشتر دیده می شود که به گونه ای چیده شده اند که هر یک میدان دید جداگانه ای داشته باشد.

در ردیف های مختلف حشرات، ساقه ممکن است از نظر ساختار با یکدیگر متفاوت باشد. این تفاوت ها احتمالاً به دلیل منشأ آنها از ساختارهای مورفولوژیکی مختلف است. بنابراین، تعداد نورون های یک چشم می تواند از چندین واحد تا چندین هزار متغیر باشد. به طور طبیعی، این بر درک حشرات از دنیای اطراف تأثیر می گذارد: اگر برخی از آنها فقط حرکت نور را ببینند و نقاط تاریک، سپس دیگران می توانند اندازه، شکل و رنگ اشیاء را تشخیص دهند.

همانطور که می بینیم، هر دو ساقه و ommatidia مشابه وجه های منفرد هستند، البته اصلاح شده اند. با این حال، حشرات گزینه های "پشتیبان" دیگری نیز دارند. بنابراین، برخی از لاروها (به ویژه از راسته دوپترا) با استفاده از سلول های حساس به نور واقع در سطح بدن، قادر به تشخیص نور حتی با چشمان کاملاً سایه دار هستند. و برخی از گونه های پروانه ها به اصطلاح گیرنده های نوری دستگاه تناسلی دارند.

همه این مناطق گیرنده نوری به روشی مشابه ساختار یافته اند و مجموعه ای از چندین نورون را در زیر یک کوتیکول شفاف (یا نیمه شفاف) نشان می دهند. به دلیل وجود چنین "چشم های" اضافی، لاروهای دیپتران از فضاهای باز اجتناب می کنند و پروانه های ماده هنگام تخم گذاری در مناطق سایه دار از آنها استفاده می کنند.

پولاروید وجهی

چشم های پیچیده حشرات چه کاری می توانند انجام دهند؟ همانطور که مشخص است، هر تابش نوری می تواند سه ویژگی داشته باشد: روشنایی, دامنه(طول موج) و قطبی شدن(جهت گیری نوسانات جزء الکترومغناطیسی).

حشرات از ویژگی های طیفی نور برای ثبت و شناسایی اشیاء در دنیای اطراف استفاده می کنند. تقریباً همه آنها قادر به درک نور در محدوده 300-700 نانومتر، از جمله قسمت فرابنفش طیف، غیرقابل دسترس برای مهره داران هستند.

معمولا، رنگهای متفاوتدرک شده مناطق مختلف چشم مرکبحشرات چنین حساسیت "محلی" می تواند حتی در یک گونه متفاوت باشد، بسته به جنسیت فرد. اغلب، همان اوماتیدیا ممکن است حاوی گیرنده های رنگی متفاوتی باشد. بنابراین، در پروانه های جنس پاپیلیودو گیرنده نوری دارای رنگدانه بصری با حداکثر جذب در 360، 400 یا 460 نانومتر، دو گیرنده دیگر در طول موج 520 نانومتر و بقیه بین 520 و 600 نانومتر هستند (Kelber et al., 2001).

اما این تمام کاری نیست که چشم حشره می تواند انجام دهد. همانطور که در بالا ذکر شد، در نورون های بینایی، غشای گیرنده نور میکروویلی های رابدومرال به صورت لوله ای با مقطع دایره ای یا شش ضلعی تا می شود. به همین دلیل، برخی از مولکول‌های رودوپسین در جذب نور شرکت نمی‌کنند، زیرا گشتاورهای دوقطبی این مولکول‌ها به موازات مسیر پرتو نور قرار دارند (گواردوفسکی و گریباکین، 1975). در نتیجه میکروویل به دست می آید دورنگی- توانایی جذب نور به طور متفاوت بسته به قطبش آن. افزایش حساسیت پلاریزاسیون ommatidium همچنین با این واقعیت تسهیل می شود که مولکول های رنگدانه بصری مانند انسان به طور تصادفی در غشاء قرار نمی گیرند، بلکه در یک جهت جهت گیری می شوند و علاوه بر این، به طور سفت و سخت ثابت می شوند.

اگر چشم قادر به تشخیص دو منبع نور بر اساس ویژگی های طیفی آنها باشد، بدون توجه به شدت تابش، می توان در مورد دید رنگی . اما اگر او این کار را با تثبیت زاویه قطبش انجام دهد، مانند این مورد، ما دلایل زیادی داریم که در مورد دید قطبش حشرات صحبت کنیم.

چگونه حشرات نور پلاریزه را درک می کنند؟ بر اساس ساختار اوماتیدیوم، می توان فرض کرد که همه گیرنده های نوری باید به طور همزمان هم به طول(های) مشخصی از امواج نور و هم به درجه قطبش نور حساس باشند. اما در این مورد ممکن است وجود داشته باشد مشکلات جدی- به اصطلاح درک رنگ نادرست. بنابراین، نور منعکس شده از سطح براق برگ ها یا سطح آب تا حدی قطبی می شود. در این مورد، مغز، با تجزیه و تحلیل داده های گیرنده نور، ممکن است در ارزیابی شدت رنگ یا شکل سطح بازتابنده اشتباه کند.

حشرات یاد گرفته اند که با چنین مشکلاتی با موفقیت کنار بیایند. بنابراین، در تعدادی از حشرات (عمدتاً مگس ها و زنبورها)، رابدوم در اوماتیدیا تشکیل می شود که فقط رنگ را درک می کند. نوع بسته، که در آن رابدومرها با یکدیگر تماس ندارند. در عین حال اوماتیدیا با رابدوم های مستقیم معمولی نیز دارند که به نور پلاریزه نیز حساس هستند. در زنبورها، چنین وجوهی در امتداد لبه چشم قرار دارند (وهنر و برنارد، 1993). در برخی از پروانه ها، اعوجاج در درک رنگ به دلیل انحنای قابل توجه میکروویلی های رابدومرها حذف می شود (کلبر و همکاران، 2001).

در بسیاری از حشرات دیگر، به ویژه Lepidoptera، رابدوم های مستقیم معمولی در همه ommatidia حفظ می شوند، بنابراین گیرنده های نوری آنها قادر به درک همزمان نور "رنگی" و قطبی شده هستند. علاوه بر این، هر یک از این گیرنده ها تنها به یک زاویه ترجیح قطبش خاص و یک طول موج مشخص نور حساس هستند. این ادراک بصری پیچیده به پروانه ها در تغذیه و تخم گذاری کمک می کند (کلبر و همکاران، 2001).

سرزمین ناآشنا

شما می توانید بی پایان در ویژگی های مورفولوژی و بیوشیمی چشم حشرات کاوش کنید و هنوز پاسخ دادن به چنین ساده و در عین حال فوق العاده دشوار است. موضوع پیچیده: حشرات چگونه می بینند؟

حتی تصور تصاویری که در مغز حشرات ایجاد می شود برای یک فرد دشوار است. اما باید توجه داشت که امروزه محبوبیت زیادی دارد نظریه موزاییک بیناییکه طبق آن حشره تصویر را به شکل نوعی پازل شش ضلعی می بیند، به طور کامل ماهیت مسئله را منعکس نمی کند. واقعیت این است که اگرچه هر وجه منفرد یک تصویر جداگانه می گیرد که تنها بخشی از کل تصویر است، این تصاویر می توانند با تصاویر به دست آمده از وجوه مجاور همپوشانی داشته باشند. بنابراین، تصویری از جهان که با استفاده از چشم عظیم سنجاقک، متشکل از هزاران دوربین مینیاتوری، و چشم شش وجهی "متواضع" یک مورچه به دست می آید، بسیار متفاوت خواهد بود.

مربوط به حدت بینایی (وضوح، یعنی توانایی تشخیص درجه تجزیه اشیاء)، سپس در حشرات با تعداد وجوه در واحد تعیین می شود. سطح محدبچشم ها، یعنی چگالی زاویه ای آنها. بر خلاف انسان، چشم حشرات محل سکونت ندارد: شعاع انحنای عدسی رسانای نور تغییر نمی کند. از این نظر، حشرات را می توان نزدیک بینی نامید: آنها هر چه به هدف مشاهده نزدیکتر باشند، جزئیات بیشتری را می بینند.

در عین حال، حشرات با چشم های مرکب قادر به تشخیص اجسام متحرک بسیار سریع هستند که با کنتراست بالا و اینرسی کم سیستم بینایی آنها توضیح داده می شود. به عنوان مثال، یک فرد می تواند تنها حدود بیست فلش در ثانیه را تشخیص دهد، اما یک زنبور می تواند ده برابر بیشتر را تشخیص دهد! این ویژگی برای حشرات سریع پرواز که نیاز به تصمیم گیری در پرواز دارند حیاتی است.

تصاویر رنگی درک شده توسط حشرات نیز می تواند بسیار پیچیده تر و غیرمعمول تر از تصویر ما باشد. به عنوان مثال، گلی که برای ما سفید به نظر می رسد اغلب در گلبرگ های خود رنگدانه های زیادی را پنهان می کند که می توانند منعکس شوند نور فرابنفش. و در چشم حشرات گرده افشان، با سایه های رنگارنگ زیادی می درخشد - نشانگرهایی در راه رسیدن به شهد.

اعتقاد بر این است که حشرات رنگ قرمز را "نمی بینند" که در " شکل خالصو در طبیعت بسیار نادر است (به استثنای گیاهان گرمسیری گرده افشانی شده توسط مرغ مگس خوار). با این حال، گل های قرمز رنگ اغلب حاوی رنگدانه های دیگری هستند که می توانند تابش موج کوتاه را منعکس کنند. و اگر در نظر بگیرید که بسیاری از حشرات می توانند نه سه رنگ اصلی را مانند یک شخص، بلکه بیشتر (گاهی اوقات تا پنج!) درک کنند، پس تصاویر بصری آنها باید صرفاً یک رنگ اضافی باشد.

و در نهایت، "حس ششم" حشرات، دید قطبی است. با کمک آن، حشرات موفق می شوند در دنیای اطراف خود چیزی را ببینند که انسان فقط می تواند تصور ضعیفی از استفاده از فیلترهای نوری خاص داشته باشد. به این ترتیب، حشرات می توانند به طور دقیق مکان خورشید را در آسمان ابری تعیین کنند و از نور قطبی شده به عنوان "قطب نمای آسمانی" استفاده کنند. و حشرات آبزی در حال پرواز، اجسام آب را با نور نیمه قطبی شده منعکس شده از سطح آب شناسایی می کنند (Schwind، 1991). اما تصور اینکه انسان چه نوع تصاویری را "می بیند" به سادگی غیرممکن است...

هرکسی که به دلایلی علاقه مند به بینایی حشرات است ممکن است این سوال برایشان پیش بیاید: چرا چشمی محفظه ای شبیه به آن ایجاد نکرده اند. به چشم انسان، با مردمک، لنز و وسایل دیگر؟

این سوال زمانی توسط فیزیکدان نظری برجسته آمریکایی به طور کامل پاسخ داده شد. برنده جایزه نوبلآر. فاینمن: «این تا حدودی مانع شده است دلایل جالب. اول از همه، زنبور خیلی کوچک است: اگر چشمی شبیه چشم ما داشت، اما به نسبت کوچکتر بود، آنگاه اندازه مردمک حدود 30 میکرون بود و بنابراین پراش آنقدر زیاد بود که زنبور عسل هنوز نمی توانم بهتر ببینم خیلی زیاد چشم کوچک- این خوب نیست. اگر چنین چشمی از اندازه کافی ساخته شده باشد، نباید از سر خود زنبور کوچکتر باشد. ارزش یک چشم مرکب در این واقعیت نهفته است که عملاً هیچ فضایی را اشغال نمی کند - فقط یک لایه نازک روی سطح سر. پس قبل از اینکه به یک زنبور توصیه کنید، فراموش نکنید که او مشکلات خاص خود را دارد!

بنابراین جای تعجب نیست که حشرات مسیر خود را در شناخت بصری جهان انتخاب کرده اند. و برای اینکه آن را از دید حشرات ببینیم، باید چشم های مرکب عظیمی را به دست آوریم تا حدت بینایی معمول خود را حفظ کنیم. بعید است که چنین خریدی از نقطه نظر تکاملی برای ما مفید باشد. به هر کدام مال خودش!

ادبیات
1. Tyshchenko V. P. فیزیولوژی حشرات. م.: دانشکده تحصیلات تکمیلی، 1986، 304 ص.
2. Klowden M. J. سیستم های فیزیولوژیکی در حشرات. انتشارات آکادمی، 1386. 688 ص.
3. Nation J. L. فیزیولوژی و بیوشیمی حشرات. ویرایش دوم: CRC Press، 2008.