حشرات چشمان ساده ای دارند. شرح مختصری از کلاس حشرات

توانایی دیدن جهاندر تمام طیف رنگ ها و سایه های آن - هدیه بی نظیرطبیعت به انسان دنیای رنگ هایی که چشم ما قادر به درک آن است 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؟ مگس ها یا زنبورها اتاق ما یا یک گل را چگونه می بینند؟

چشم حشرات

علم مدرن با کمک ابزارهای خاص توانسته است دنیا 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، تصویر کاملاً متفاوتی را می بینند که ما مشاهده می کنیم. مگس ها اصلا 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 آنها کاملاً متفاوت هستند.

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 اوماتیدیوم بخش متفاوتی از تصویر را می بیند که فقط برای او قابل دسترسی است. مگس ها چگونه می بینند؟ تصویری که آنها مشاهده می کنند مانند 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 نفر. پروانه ها نیز بینا هستند - حدود 17 هزار، برای مقایسه: یک مگس 4 هزار دارد، یک زنبور 5. بیشترین آسیب بینایی یک مورچه است، چشم آن فقط 100 وجه دارد.

دفاع همه جانبه

یکی دیگر از توانایی های حشرات که با انسان متفاوت است، امکان دید دایره ای است. لنز چشمی قادر است همه چیز را به صورت 360 درجه ببیند. در بین پستانداران، خرگوش بیشترین زاویه دید را دارد - 180 درجه. بنابراین به او لقب مایل داده می شود و اگر این همه دشمن وجود داشته باشد چه باید کرد. شیر از دشمنان نمی ترسد و چشمانش به کمتر از 30 در افق می نگرد. در حشرات کوچک، طبیعت فقدان رشد را با توانایی دیدن هر کسی که دزدکی به آنها می‌آید جبران می‌کند. 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 تقریبا غیرممکن است، موج دست را سریعتر از آنچه اتفاق می افتد می بیند. به نظر می رسد یک مرد یک لاک پشت کند حشره است و یک لاک پشت به طور کلی یک سنگ بی حرکت است.

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 به هیچ وجه قرمز را درک نمی کنند یا آن را آبی، بنفش می بینند. برای زنبور عسل، گل های قرمز سیاه به نظر می رسند. گیاهانی که نیاز به گرده افشانی زنبور عسل 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 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. خودشه. برای اینکه مگس کمتری در آشپزخانه داشته باشید، فقط باید آن را به درستی رنگ کنید.

آیا مگس ها می توانند در تاریکی ببینند؟

مگس ها، مانند بیشتر حشرات پرنده، شب ها می خوابند. 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 هستند چشم های گرداما نزدیک بین 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 شبهم. در شب، گلها معطرتر هستند و رقبای کمتری برای شهد وجود دارد.

آنها در شب خوب می بینند، اما سوسک آمریکایی به عنوان رهبر بدون شک در بینایی در تاریکی شناخته می شود.

شکل مورد

درک شکل یک جسم توسط حشرات مختلف جالب است. ویژگی این است که آنها ممکن است به هیچ وجه اشکال ساده ای را که برای زنده ماندن آنها ضروری نیست درک نکنند. زنبورها، پروانه ها اشیاء با اشکال ساده را نمی بینند، مخصوصاً بی حرکت، اما جذب هر چیزی می شوند که اشکال پیچیده ای از گل دارد، به خصوص اگر حرکت کنند، تاب بخورند. این به ویژه این واقعیت را توضیح می دهد که زنبورها و زنبورها به ندرت فردی را که ثابت می ایستد نیش می زنند و اگر نیش بزنند هنگام صحبت (لب های خود را حرکت می دهد) در ناحیه لب ها قرار می گیرند. مگس ها و برخی حشرات دیگر شخص را درک نمی کنند، آنها به سادگی در جستجوی غذا روی او می نشینند، که آنها را با بو جستجو می کنند و با حسگرهایی 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
• ساختار چشم همه وجهی است، 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 های شب به سمت لامپ جمع می شوند.
• دید دوچشمی به شکارچیان 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 فوقانی سر (می توان 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 بسیار جالب هستند. آنها از هزاران شش ضلعی منفرد یا به عبارت دیگر تشکیل شده اند زبان علمی، وجوه هر یک از وجوه یک چشم مینیاتوری است که تصویری از قسمت جداگانه ای از جسم می دهد. چشم مرکب مگس خانگی حدود 4000 وجه دارد. زنبور کارگر- 5000، برای یک پهپاد - 8000، برای یک پروانه - تا 17،000، برای یک سنجاقک - تا 30،000. معلوم می شود که چشمان حشرات چندین هزار تصویر از قسمت های جداگانه یک جسم را به مغز آنها ارسال می کند، که اگرچه آنها در یک تصویر از شی به عنوان یک کل ادغام می شوند، اما همه چیز به جز این شی به نظر می رسد که از یک موزاییک ساخته شده است.

چرا به چشم های مرکب نیاز دارید؟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 زنبوری چشم‌های مرکب را جدا کند یا بچسباند، مانند یک زنبور کور رفتار می‌کند. اگر چشم های ساده چسبانده شود، به نظر می رسد که حشره واکنش کندی دارد.

1,2 -چشمان ( 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 از هر دو طرف و پشت سر هر اتفاقی را که جلو می افتد ببیند. شاید به همین دلیل است که نزدیک شدن به مگس بدون کشف بسیار سخت است. و اگر در نظر بگیرید که چشم های مرکب یک جسم متحرک را خیلی بهتر از یک جسم ثابت می بینند، فقط می توان تعجب کرد که چگونه یک فرد گاهی اوقات موفق می شود با روزنامه به مگس سیلی بزند!

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

آیا ارزش حسادت به چشم حشرات را دارد؟ 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، قرمز را تشخیص نمی دهند - برای آنها سیاه، خاکستری یا آبی است.

صفحه 3 از 5

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

چشم‌های مگس و سنجاقک بیشتر سطح سر را اشغال می‌کنند و نمای تقریباً 360 را فراهم می‌کنند، به طوری که می‌توان شکارچی را از پشت، بالا و پایین مشاهده کرد. مورچه هایی که بیشتر وقت خود را در زیر زمین می گذرانند به چشمان کم رشد بسنده می کنند و برخی از گونه ها نابینا هستند.

ساختار چشم مرکب

سنجاقک چند چشم دارد؟

برای حشرات شکارچی و همچنین حشرات سریع پرواز، بینایی دارد پراهمیت. چشمان آنها از تعداد زیادی چشم فردی تشکیل شده است. چنین چشم مرکب در سنجاقک ها ممکن است از 30000 عدسی مجزا تشکیل شده باشد. 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، جایی که تصویر کامل جمع آوری می شود. به نظر می رسد این تصویر به سلول ها تقسیم شده است و از نقاط زیادی تشکیل شده است - مانند یک عکس روزنامه یا یک محافظ صفحه نمایش در تلویزیون. علاوه بر چشم‌های مرکب، بسیاری از حشرات دارای سه سلول کوچک روی پیشانی هستند که دارای سلول‌های حساس به نور و یک عدسی مشترک هستند. حشرات برای تعیین درجه روشنایی فضای اطراف و تنظیم موقعیت بدن خود در طول پرواز به آنها نیاز دارند. در سنجاقک، چشم های جداگانه به عنوان بخشی از چشم های مرکب به وضوح قابل مشاهده است. از نظر ساختار نسبتاً ساده است، یک 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، مگس اسب در پروازهای پرسرعت قهرمان هستند. دیدگاه 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 دست می آیند. هر زنبور عسل چشم جداهمچنین شامل سه نوع سلول است که با این حال بین 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، مورچه ها و مگس ها اطلاعاتی در مورد جهت ارتعاشات نور قطبی داده می دهد که توسط مغز حشرات تجزیه و تحلیل می شود. بنابراین، حشرات، حتی با ابری زیاد، می توانند موقعیت خورشید را ارزیابی کرده و روی زمین جهت گیری کنند. حشرات آب و حشرات آب نیز از داده های نور پلاریزه برای دیدن سطوح آب منعکس کننده در پرواز استفاده می کنند.

وضوح چیست؟

یک فرد می تواند 20 تصویر متوالی در ثانیه را درک کند. اگر این سریعتر اتفاق بیفتد، تصویر در حال حرکت دیده می شود. این افکت در هنگام فیلمبرداری 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 می‌تواند 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 نشان داد:

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

آنها دارند ساختار متفاوتو توانایی نابرابر دیدن

چشم‌های مرکب در بیشتر حشرات یافت می‌شود و هرچه حشرات پیشرفته‌تر باشند، معمولاً اندام‌های بینایی آن‌ها بهتر رشد می‌کنند. 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) - اوماتیدیوم برهم

1 - آکسون سلولهای بینایی، 2 - سلولهای شبکیه،

3 - قرنیه، 4 - مخروط کریستالی،

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

چشم مرکب از انواع مختلف، به عنوان یک قاعده، تعداد زیادی جداگانه تشکیل شده است واحدهای ساختاری- اومتیدیان شامل تعدادی ساختار است که رسانایی، شکست نور (وجه، سلول ریشه، مخروط کریستال) و درک سیگنال های بصری (سلول های شبکیه، رابدوم، سلول های عصبی). علاوه بر این، هر یک دارای یک دستگاه جداسازی رنگدانه است که به دلیل آن کاملا یا تا حدی از اشعه های جانبی محافظت می شود.

نمودار ساختار یک چشم ساده

از بین تمام انواع چشم حشرات، آنها 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 در غیاب موارد پیچیده عملاً موارد ساده وجود ندارد. علاوه بر این، هنگام نقاشی روی چشم‌های مرکب، حشرات از جهت‌گیری خود در فضا بازمی‌مانند، حتی اگر چشم‌هایی کاملاً مشخص داشته باشند.

ویژگی های بینایی حشرات

اختصاص داده شده به مطالعه بینایی حشرات مقدار زیادیآثار علمی با توجه به چنین علاقه ای از جانب متخصصان، بسیاری از ویژگی های کار چشم در Insecta تا به امروز 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. که در گروه های مختلفحشرات عوامل زیر می توانند بر این تأثیر بگذارند: در یک چشم مرکب - ساختار اوماتیدیا و تعداد آنها، برآمدگی، محل و شکل چشم ها. در چشم های ساده و - تعداد آنها و ویژگی های ظریف ساختار، که می تواند با تنوع قابل توجهی از گزینه ها نشان داده شود. بینایی زنبورها امروزه به بهترین وجه مورد مطالعه قرار گرفته است.

نقش خاصی در درک فرم توسط حرکت جسم ایفا می شود. حشرات بیشتر روی گل هایی که در باد تکان می خورند می نشینند تا روی گل های ساکن. سنجاقک ها به دنبال شکار در حال حرکت می شتابند و پروانه های نر به ماده های در حال پرواز واکنش نشان می دهند و در دیدن پروانه های نشسته مشکل دارند. احتمالاً موضوع در فرکانس مشخصی از تحریک چشم های اوماتیدیا در هنگام حرکت، چشمک زدن و سوسو زدن است.

تشخیص اشیاء آشنا

حشرات اشیاء آشنا را نه تنها با رنگ و شکل، بلکه با چیدمان اشیاء اطراف آنها تشخیص می دهند، بنابراین ایده بدوی استثنایی دید آنها را نمی توان درست نامید. به عنوان مثال، زنبور شنی ورودی راسو را پیدا می کند و بر روی اشیایی که در اطراف آن قرار دارند (علف، سنگ) تمرکز می کند. اگر آنها برداشته شوند یا مکان آنها تغییر کند، این می تواند حشره را گیج کند.

درک فاصله

این ویژگی به بهترین وجه بر روی نمونه سنجاقک ها، سوسک های زمینی و سایر حشرات شکارچی مطالعه می شود.

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 تعیین می کند که فاصله موجود برای بررسی یک حشره چقدر است. به عنوان مثال، سوسک‌های جهنده به طعمه واکنش نشان می‌دهند و زمانی که در فاصله 15 سانتی‌متری از جسم قرار دارند به آن حمله می‌کنند.

حرکت قطب نما نور

بسیاری از حشرات به گونه ای حرکت می کنند که دائماً همان زاویه تابش نور را روی شبکیه حفظ می کنند. به این 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 تا 90٪ از دانش در مورد دنیای خارج را یک فرد با کمک دید استریوسکوپی خود دریافت می کند. خرگوش ها دید محیطی به دست آورده اند که به لطف آن می توانند اجسامی را که در کنار و حتی پشت آنها قرار دارند 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 به خوبی در آب حرکت کند. مارها فقط می توانند یک جسم متحرک را ببینند و چشمان شاهین شاهین به عنوان هوشیارترین در جهان شناخته می شود که می تواند طعمه را از ارتفاع 8 کیلومتری ردیابی کند!

اما نمایندگان پرتعدادترین و متنوع ترین طبقه موجودات زنده روی زمین چگونه جهان را می بینند - حشرات؟ در کنار مهره داران که فقط از نظر اندازه بدن نسبت به آنها از دست می دهند، این حشرات هستند که کامل ترین بینایی و ساختار 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 - بینایی قطبی شده.

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

A. Tarkovsky (1983)

بیش از حد برآورد کردن ارزش دشوار است سوتا (تابش الکترومغناطیسیطیف مرئی) برای همه ساکنان سیاره ما. نور خورشیدبه عنوان منبع اصلی انرژی برای گیاهان و باکتری های فتوسنتزی، 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 پرورش تا تغییر رنگ فصلی. و، البته، به لطف درک نور توسط اندام های حسی خاص، حیوانات مقدار قابل توجهی (و اغلب حتی بیشتر) دریافت می کنند. در بارهبیشتر) اطلاعات مربوط به دنیای اطراف خود، 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 آنها شروع به شکل گیری و بهبود کردند. 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 بدوی تر از مهره داران هستند، نه به ذکر سطح بالاتر آنها - پستانداران، و، به طور طبیعی، انسان. اما درک بصری آنها چقدر متفاوت است؟ به عبارت دیگر چقدر با دنیای ما که از چشم موجود کوچکی به نام مگس دیده می شود متفاوت است؟

موزاییک شش گوش

سیستم بینایی حشرات، در اصل، با سایر حیوانات تفاوتی 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 رشد می‌کنند تحول ناقصیعنی بدون مرحله شفیرگی. استثناهای زیادی برای این قاعده وجود ندارد: اینها کک‌ها (راست Siphonaptera)، پرندگان بال‌دار (راست Strepsiptera)، بیشتر ماهی‌های نقره‌ای (خانواده Lepismatidae) و کل کلاس کریپتومگزیلارها (Entognatha) هستند.

چشم مرکب شبیه سبدی از گل آفتابگردان رسیده است: از مجموعه ای از وجوه تشکیل شده است. اومتیدیان) - گیرنده های مستقل تابش نور که همه چیز لازم برای تنظیم شار نور و تشکیل تصویر را دارند. تعداد وجوه بسیار متفاوت است: از چند 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 به شدت کاهش یافته و از تعداد کمی اوماتیدیا تشکیل شده است.

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

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

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

دستگاه شکست نور و حساس به نور وجوه در امتداد محیط توسط سلول هایی با رنگدانه احاطه شده است که نقش جداسازی نور را ایفا می کنند: به لطف آنها، شار نور، در حال شکست، روی نورون های تنها یک اوماتیدیوم می افتد. 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 برای خروجی نور ناکافی دارند، به عنوان مثال، رابدومرهای بسیار بزرگ. علاوه بر این، در اوماتیدیا این گونه چشم ها، رنگدانه های محافظ نور می توانند آزادانه در داخل سلول ها مهاجرت کنند، به همین دلیل 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.

هنگامی که فوتون های نور توسط رابدومرها جذب می شوند، سلول های شبکیه تولید می شوند تکانه های عصبی، که در امتداد آکسون ها به لوب های بینایی جفتی مغز حشرات فرستاده می شوند. در هر لوب بینایی سه مرکز تداعی وجود دارد که در آن پردازش جریان اطلاعات بصری، که به طور همزمان از جنبه های مختلف می آید، انجام می شود.

یک تا سی

بر اساس افسانه های باستانی، مردم زمانی "چشم سوم" داشتند که مسئول ادراک فراحسی بود. هیچ مدرکی برای این وجود ندارد، اما همان لامپری و سایر حیوانات، مانند مارمولک تواتارا 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 چشم های اضافی کوچک هستند - ocelliواقع در سطح فرونتوپریتال، و ساقه- 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 چشم هستند که به شکل مثلث قرار دارند، اما گاهی اوقات ممکن است میانی یک یا دو جانبی وجود نداشته باشد. از نظر ساختار، اوسلی ها شبیه اوماتیدیا هستند: در زیر یک عدسی شکست نور، آنها لایه ای از سلول های شفاف (مشابه مخروط کریستالی) و شبکیه شبکیه دارند.

ساقه را می توان در لارو حشرات یافت که با دگردیسی کامل رشد می کنند. تعداد و محل آنها بسته به گونه متفاوت است: از یک تا سی اوسل می تواند در هر طرف سر قرار گیرد. در کاترپیلارها شش چشم 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 با منشأ آنها از ساختارهای مورفولوژیکی متفاوت مرتبط است. بنابراین، تعداد نورون های یک چشم می تواند از چندین واحد تا چندین هزار متغیر باشد. به طور طبیعی، این بر درک دنیای اطراف توسط حشرات تأثیر می گذارد: اگر برخی از آنها فقط می توانند حرکت نور را ببینند و نقاط تاریک، سپس دیگران می توانند اندازه، شکل و رنگ اشیاء را تشخیص دهند.

همانطور که می بینیم، stemma و ommatidia هر دو آنالوگ از جنبه های منفرد هستند، هر چند اصلاح شده. با این حال، حشرات گزینه های دیگری نیز دارند. بنابراین، برخی از لاروها (به ویژه از راسته Diptera) قادر به تشخیص نور حتی با چشمان کاملاً سایه دار با کمک سلول های حساس به نور واقع در سطح بدن هستند. و برخی از انواع پروانه ها به اصطلاح گیرنده های نوری دستگاه تناسلی دارند.

همه این مناطق گیرنده نوری به روشی مشابه مرتب شده اند و نشان دهنده تجمع چندین نورون در زیر یک کوتیکول شفاف (یا نیمه شفاف) هستند. با توجه به چنین "چشم های" اضافی، لاروهای Diptera از فضاهای باز اجتناب می کنند و پروانه های ماده هنگام تخم گذاری در مکان های سایه دار از آنها استفاده می کنند.

پولاروید وجهی

چشم های پیچیده حشرات چه توانایی هایی دارند؟ همانطور که می دانید، هر تابش نوری دارای سه ویژگی است: روشنایی, طیف(طول موج) و قطبی شدن(جهت نوسانات جزء الکترومغناطیسی).

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

معمولا، رنگهای متفاوتدرک شده مناطق مختلف چشم مرکبحشرات چنین حساسیت "محلی" می تواند حتی در یک گونه مشابه، بسته به جنسیت فرد متفاوت باشد. اغلب، گیرنده های رنگی مختلف را می توان در یک ommatidia یافت. 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 از 520 تا 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 نوری، غشای گیرنده نور میکروویلی رابدومر در یک لوله گرد یا شش ضلعی پیچیده می شود. به همین دلیل، برخی از مولکول های رودوپسین به دلیل موازی بودن گشتاورهای دوقطبی این مولکول ها با مسیر پرتو نور، در جذب نور شرکت نمی کنند (گواردوفسکی، گریباکین، 1975). در نتیجه میکروویل به دست می آید دورنگی- توانایی جذب نور به طور متفاوت بسته به قطبش آن. افزایش حساسیت پلاریزاسیون اوماتیدیوم نیز 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، آنها به شدت 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 این کار را با تثبیت زاویه قطبش انجام دهد، مانند این مورد، ما دلایل زیادی داریم که از 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 (طول) 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 های 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)، در ommatidia که فقط رنگ را درک می کنند، رابدوم تشکیل می شود. نوع بسته، که در آن رابدوم ها با یکدیگر تماس ندارند. در عین حال، آنها همچنین دارای اوماتیدیا با رابدوم های مستقیم معمولی هستند 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 رابدومر حذف می شود (Kelber et al., 2001).

در بسیاری از حشرات دیگر، به ویژه در Lepidoptera، رابدوم های مستقیم معمولی در تمام اوماتیدیاها حفظ می شود، 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 کمک می کند تا غذا بدهند و تخم بگذارند (کلبر و همکاران، 2001).

زمین 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 همه باید به این محبوبیت امروز توجه کنند نظریه بینایی موزاییککه بر اساس آن حشره تصویر را به شکل نوعی پازل شش ضلعی می بیند، اصل مسئله را به درستی منعکس نمی کند. واقعیت این است که اگرچه هر یک از وجه‌های منفرد یک تصویر مجزا می‌گیرند، که تنها بخشی از کل تصویر است، این تصاویر می‌توانند با تصاویر به‌دست‌آمده از وجوه مجاور همپوشانی داشته باشند. بنابراین، تصویری از جهان که با کمک یک چشم سنجاقک عظیم، متشکل از هزاران دوربین مینیاتوری و یک چشم مورچه ای شش وجهی "متواضع" به دست می آید، بسیار متفاوت خواهد بود.

مربوط به حدت بینایی (وضوح، یعنی توانایی تشخیص درجه تشریح اجسام)، 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 در آنها تغییر نمی کند. از این نظر، حشرات را می توان نزدیک بینی نامید: آنها هر چه جزئیات بیشتری را ببینند، به هدف مشاهده نزدیک تر هستند.

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، و یک زنبور - ده برابر بیشتر! این ویژگی برای حشرات سریع پرواز که نیاز به تصمیم گیری مستقیم در پرواز دارند حیاتی است.

تصاویر رنگی درک شده توسط حشرات نیز می تواند بسیار پیچیده تر و غیر معمول 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 با طول موج کوتاه را منعکس کنند. و با توجه به اینکه بسیاری از حشرات می توانند نه سه رنگ اصلی را مانند یک شخص، بلکه بیشتر (گاهی تا پنج رنگ!) درک کنند، پس تصاویر بصری آنها باید فقط یک رنگ اضافی باشد.

و در نهایت، "حس ششم" حشرات بینایی قطبی شده است. با کمک آن، حشرات موفق می شوند در دنیای اطراف خود چیزی را ببینند که یک فرد تنها با کمک فیلترهای نوری خاص می تواند ایده ضعیفی به دست آورد. حشرات از این طریق می توانند به طور دقیق 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 تشخیص می دهند (شویند، 1991). اما چه نوع تصاویری را در همان زمان "می بینند" ، تصور آن برای شخص به سادگی غیرممکن است ...

هرکسی که به دلایلی علاقه مند به بینایی حشرات است، ممکن است این سوال داشته باشد: چرا آنها یک چشم اتاقی شبیه به چشم انسان، با مردمک، لنز و وسایل دیگر؟

یک فیزیکدان نظری برجسته آمریکایی زمانی به طور کامل به این سوال پاسخ داد: برنده جایزه نوبلآر. فاینمن: «این امر 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 هنوز نمی توانست. بهتر ببینید خیلی زیاد چشم کوچک-خیلی خوب نیست اگر چنین چشمی از اندازه کافی ساخته شده باشد، نباید از سر خود زنبور کوچکتر باشد. ارزش چشم مرکب در این واقعیت است که عملاً فضایی را اشغال نمی کند - فقط یک لایه نازک روی سطح سر. پس قبل از نصیحت کردن به زنبور، فراموش نکنید که او مشکلات خاص خودش را دارد!»

بنابراین جای تعجب نیست که حشرات مسیر خود را در شناخت بصری جهان انتخاب کرده اند. بله، و ما برای اینکه آن را از دید حشرات ببینیم، باید چشم های مرکب عظیمی را به دست آوریم تا حدت بینایی معمول را حفظ کنیم. بعید است که چنین کسبی از نقطه نظر تکامل 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.