چشم حشرات ساده یا پیچیده است. مگس یا زنبور چند چشم دارد؟ سطح کل بدن

اندام های بینایی در اکثر حشرات توسعه یافته است. بزرگترین توسعه حاصل می شود چشم مرکب یا مرکب . تعداد عناصر بصری - اوماتیدیا یا وجه‌ها در چشم مگس خانگی به 4 هزار و در سنجاقک‌ها به 28 هزار می‌رسد. مخروط کریستالی آنها با هم سیستم نوری را تشکیل می دهند. زیر مخروط شبکیه است که پرتوهای نور را درک می کند. سلول های شبکیه متصل شده اند رشته های عصبیبا لوب های بینایی مغز هر ommatidium توسط سلول های رنگدانه احاطه شده است.

بسته به درک نور شدت متغیرچشم ها دارای انواع اپوزیشن و سوپرپوزیشن هستند. نوع اول ساختار چشم مشخصه حشرات روزانه است، دوم - شبانه.

که در چشم مخالفتهر اوماتیدیا در قسمت بالایی خود با رنگدانه از ommatidia همسایه جدا می شود. بنابراین، هر یک واحد ساختاریچشم ها جدا از دیگران کار می کنند و فقط بخش "خود" فضای خارجی را درک می کنند. تصویر کلی در مغز حشره مانند بسیاری از قطعات موزاییک شکل گرفته است.

که در چشم سوپرپوزیشن Ommatidia فقط تا حدی، البته در تمام طول خود، از اشعه های جانبی محافظت می شود: آنها نیمه نفوذپذیر هستند. این کار از یک طرف با حشرات در نور شدید تداخل می کند، از طرف دیگر به آنها کمک می کند در گرگ و میش بهتر ببینند.

Ocelli (چشم های ساده پشتی)- اینها اندامهای کوچک بینایی هستند که در برخی از بزرگسالان وجود دارند و معمولاً در بالای سر قرار دارند. معمولاً به تعداد سه عدد ارائه می شود که یکی از آنها کمی جلوتر و دو تای دیگر در پشت و کنار جلو قرار دارد. آنها حاوی اوماتیدیوم نیستند و ساختار اوسلی ساده به طور قابل توجهی ساده شده است. بیرون قرنیه است که از سلول‌های قرنیه‌زا تشکیل شده است، دستگاه دریافت نور از سلول‌های شبکیه (حساس) عمیق‌تر است، و حتی پایین‌تر سلول‌های رنگدانه‌ای هستند که به فیبرهای عصب بینایی می‌رسند.

در بین تمام انواع چشم حشرات، چشمک های ساده ضعیف ترین توانایی دیدن را دارند. بر اساس برخی گزارش ها، آنها به هیچ وجه عملکرد بینایی ندارند و تنها وظیفه بهبود عملکرد چشم مرکب را بر عهده دارند. این به ویژه با این واقعیت ثابت می شود که حشرات در غیاب چشم های پیچیده عملاً چشم های ساده ای ندارند. علاوه بر این، هنگامی که چشم‌های مرکب روی آن رنگ می‌شوند، حشرات دیگر جهت‌گیری خود را در فضا متوقف می‌کنند، حتی اگر چشم‌های ساده و کاملاً مشخصی داشته باشند.

ساقه یا چشم ساده جانبی- در لارو حشرات با دگردیسی کامل وجود دارد. در مرحله شفیرگی، آنها به چشم های مرکب تبدیل می شوند. اجرا کردن عملکرد بصری، اما به دلیل ساختار ساده شده، نسبتا ضعیف می بینند. برای بهبود بینایی، چشم های لارو اغلب به صورت چند تکه وجود دارد. در لاروهای مگس اره شبیه لاروهای پشتی و در کاترپیلارهای پروانه ای شبیه اوماتیدیاهای چشم مرکب هستند. کاترپیلارها شکل اجسام را درک می کنند و جزئیات کوچک روی سطح آنها را تشخیص می دهند.

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 شکارچیان را می‌توان 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 گونه‌های سنجاقک استرالیایی هنگام پرواز در مسافت‌های کوتاه می‌تواند 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 را در ثانیه 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.

هم مگس ها و هم زنبورها پنج چشم دارند.سه چشم های سادهدر قسمت بالای سر (شاید بتوان گفت روی تاج سر) و دو قسمت 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 ساده برای بررسی اشیاء نزدیک طراحی شده اند. 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 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 منفرد، 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.

از دیدگاه یک حشره

اعتقاد بر این است که یک فرد تا 90٪ از دانش در مورد دنیای خارج را با کمک 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 می تواند طعمه را از ارتفاع 8 کیلومتری ردیابی کند!

اما نمایندگان بزرگترین و متنوع ترین طبقه از 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 دید 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)

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 بخش قابل توجهی (و اغلب بیشتر) از اطلاعات جهان اطراف خود را دریافت می کنند، آنها می توانند شکل و رنگ اشیاء را تشخیص دهند، حرکت اجسام را تعیین کنند. جهت یابی خود در فضا 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. این حیوانات 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 اینکه بالاترین سطح آنها - پستانداران و طبیعتاً انسان ها را ذکر کنیم. 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 اوماتیدیا می تواند حتی در یک گروه سیستماتیک متفاوت باشد: به عنوان مثال، تعدادی از گونه های سوسک زمینی که در فضاهای باز زندگی می کنند دارای چشم های ترکیبی به خوبی توسعه یافته 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 ommatidia توسط قرنیه (عدسی) نشان داده می شود - بخشی از کوتیکول شفاف که توسط سلول های خاصی ترشح می شود، که نوعی عدسی دو محدب شش ضلعی است. 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، با هم ترکیب می شوند 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

گونه هایی که سبک زندگی گرگ و میش یا شبانه را هدایت می کنند با چشم هایی از نوع متفاوت مشخص می شوند - 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.

هنگامی که 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 یک "چشم سوم" داشتند 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 قادر به تشخیص اندازه، شکل و رنگ اشیا هستند.

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 مختلفچشم مرکب حشرات 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 360، 400 یا 460 نانومتر، دو گیرنده دیگر - 520 نانومتر، و بقیه - از 520 تا 600 نانومتر (کلبر) دارند. و همکاران, 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) معینی 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، در 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، به دلیل انحنای قابل توجه میکروویلی های رابدومر، اعوجاج در درک رنگ از بین می رود (Kelber 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 فقط به یک زاویه ترجیح قطبش خاص و یک طول موج مشخص از نور حساس هستند. این ادراک بصری پیچیده به پروانه ها کمک می کند تا غذا بدهند و تخم بگذارند (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 بر اساس 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 مکان خورشید را در آسمان ابری به دقت 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 قادر به دیدن بهتر نیست. 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 کسبی از نقطه نظر تکاملی برای ما مفید باشد. به هر کدام مال خودش!

ادبیات

Tyshchenko V. P. فیزیولوژی حشرات. م.: دانشکده تحصیلات تکمیلی, 1986, 304 S.

Klowden M. J. سیستم های فیزیولوژیکی در حشرات. انتشارات آکادمی، 1386. 688 ص.

Nation J. L. فیزیولوژی و بیوشیمی حشرات. ویرایش دوم: CRC Press، 2008.

پیچیده ترین اندام حسی در حشرات، اندام های بینایی هستند. دومی توسط سازندهای چند نوع نشان داده می شود، که مهمترین آنها چشم های پیچیده با ساختار تقریباً مشابه چشمان پیچیده سخت پوستان است.

چشم ها از اوماتیدیاهای فردی تشکیل شده است (شکل 337) که تعداد آنها عمدتاً با ویژگی های بیولوژیکی حشرات تعیین می شود. شکارچیان فعال و پرنده های خوب، سنجاقک ها دارای چشم هایی با حداکثر 28000 وجه هستند. در همان زمان، مورچه ها (دسته Hymenoptera)، به ویژه افراد فعال از گونه هایی که در زیر زمین زندگی می کنند، دارای چشم هایی متشکل از 8 - 9 ommatidia هستند.

هر ommatidium نشان دهنده یک حسی فتوپتیک کامل است (شکل 338). از یک دستگاه نوری شامل قرنیه، یک بخش شفاف از کوتیکول بالای ommatidium و به اصطلاح مخروط کریستالی تشکیل شده است. آنها با هم به عنوان یک لنز عمل می کنند. دستگاه ادراکی ommatidia توسط چندین سلول گیرنده (4 - 12) نشان داده می شود. تخصص آنها بسیار فراتر رفته است، همانطور که با از دست دادن کامل ساختارهای تاژک نشان می دهد. بخش‌های حساس واقعی سلول‌ها - رابدومرها - خوشه‌هایی از میکروویلی‌های متراکم هستند که در مرکز اوماتیدیوم و نزدیک به یکدیگر قرار دارند. با هم تشکیل می دهند عنصر حساس به نورچشم - رابدوم.

سلول های رنگدانه محافظ در امتداد لبه های ommatidium قرار دارند. دومی به طور قابل توجهی بین حشرات روزانه و شبانه متفاوت است. در حالت اول، رنگدانه موجود در سلول بی حرکت است و دائماً اوماتیدیاهای همسایه را جدا می کند و از عبور پرتوهای نور از یک چشم به چشم دیگر جلوگیری می کند. در حالت دوم، رنگدانه قادر است در سلول ها حرکت کند و فقط در قسمت بالایی آنها جمع شود. در این حالت، پرتوهای نور به سلول‌های حساس نه یک، بلکه چندین اوماتیدیا همسایه برخورد می‌کنند که به طور قابل توجهی (تقریباً دو مرتبه بزرگی) حساسیت کلی چشم را افزایش می‌دهد. به طور طبیعی، این نوع سازگاری در گرگ و میش و حشرات شبانه به وجود آمد. Ommatidia از سلول های حسی منشاء می گیرد پایانه های عصبیتشکیل عصب بینایی

علاوه بر چشم های مرکب، بسیاری از حشرات نیز دارای سلول های ساده ای هستند (شکل 339) که ساختار آنها با ساختار یک ommatidium منفرد مطابقت ندارد. دستگاه شکست نور به شکل عدسی است. کل چشم با پوششی از سلول های رنگدانه پوشیده شده است. خواص نوری چشم های ساده به گونه ای است که نمی توانند تصاویر اجسام را درک کنند.

لارو حشرات در بیشتر موارد فقط سلول‌های ساده‌ای دارند که با این حال، از نظر ساختار با سلول‌های ساده مراحل بالغ تفاوت دارند. هیچ تداومی بین اوسلی حشرات بالغ و لارو وجود ندارد. در طی دگردیسی، چشم لاروها کاملا جذب می شود.

توانایی های بصری حشرات کامل است. با این حال، ویژگی‌های ساختاری چشم مرکب، مکانیسم فیزیولوژیکی خاص بینایی را از پیش تعیین می‌کند. حیوانات با چشم های مرکب دارای دید "موزاییک" هستند. اندازه کوچک ommatidia و جداسازی آنها از یکدیگر منجر به این واقعیت می شود که هر گروه از سلول های حساس فقط یک پرتو کوچک و نسبتاً باریک از پرتوها را درک می کنند. پرتوهایی که با زاویه قابل توجهی برخورد می کنند توسط سلول های رنگدانه محافظ جذب می شوند و به عناصر حساس به نور ommatidia نمی رسند. بنابراین، به صورت شماتیک، هر ommatidia تصویری از تنها یک نقطه کوچک از یک جسم واقع در میدان دید کل چشم را دریافت می کند. در نتیجه، تصویر از تعداد نقاط نوری متناظر با قسمت‌های مختلف جسم تشکیل شده است که تعداد وجوهی که پرتوهای جسم به‌طور عمود بر آن‌ها می‌افتند. تصویر کلی، همانطور که بود، از بسیاری از تصاویر جزئی کوچک با اعمال آنها به یکدیگر ترکیب شده است.

درک رنگ توسط حشرات نیز با اصالت خاصی متمایز می شود. نمایندگان گروه های بالاترحشرات دارند دید رنگی، بر اساس درک سه رنگ اصلی که اختلاط آنها همه تنوع رنگارنگ دنیای اطراف را به ما می دهد. با این حال، در حشرات، در مقایسه با انسان، یک تغییر شدید به قسمت موج کوتاه طیف وجود دارد: آنها سبز-زرد، آبی و پرتو های فرابنفش. دومی ها برای ما نامرئی هستند. در نتیجه، درک رنگ از جهان توسط حشرات به شدت با ما متفاوت است.

عملکرد چشم های ساده حشرات بالغ هنوز نیاز به مطالعه جدی دارد. ظاهراً آنها تا حدودی چشم های مرکب را "مکمل" می کنند و بر فعالیت و رفتار حشرات در شرایط نوری مختلف تأثیر می گذارند. علاوه بر این، نشان داده شده است که چشم های ساده، همراه با چشم های مرکب، قادر به درک نور قطبی شده هستند.