Složene oči insekata sastoje se od... Zašto insekti imaju okrugle oči? Kako vide insekti? Značajke strukture organa vida

I muhe i pčele imaju pet očiju. Tri jednostavne oči nalazi se u gornjem dijelu glave (moglo bi se reći na tjemenu), a dva složena, ili fasetna, nalaze se sa strane glave. Složene oči muha, pčela (kao i leptira, vretenaca i nekih drugih insekata) predmet su entuzijastičnog proučavanja znanstvenika. Činjenica je da su ti organi vida raspoređeni na vrlo zanimljiv način. Sastoje se od tisuća pojedinačnih šesterokuta, ili, drugim riječima, znanstveni jezik, aspekti. Svaka od faseta je minijaturna špijunka koja daje sliku zasebnog dijela predmeta. U složene oči ah kućna muha ima otprilike 4000 faseta, pčela radilica- 5000, za dron - 8000, za leptira - do 17 000, za vretenca - do 30 000. Ispostavilo se da oči insekata šalju u njihov mozak nekoliko tisuća slika pojedinih dijelova predmeta, koji, iako stapaju se u sliku predmeta kao cjeline, ali sav taj predmet izgleda kao da je sastavljen od mozaika.

Zašto su potrebne složene oči? Vjeruje se da se uz njihovu pomoć kukci orijentiraju u letu. Dok su jednostavne oči dizajnirane da gledaju predmete koji su u blizini. Dakle, ako se pčeli odstrane ili prekriju složene oči, ona se ponaša kao da je slijepa. Ako su jednostavne oči zapečaćene, čini se da insekt ima sporu reakciju.

1,2 -Složene (složene) oči pčele ili muhe
3 -tri jednostavna oka pčele ili muhe

Pet očiju omogućava kukcima da pokriju 360 stupnjeva, odnosno vidjeti sve što se događa ispred, s obje strane i iza. Možda je zato tako teško neopaženo se približiti muhi. A ako uzmete u obzir da složene oči mnogo bolje vide pokretni objekt od nepokretnog, onda se samo čudimo kako čovjek ponekad uspije udariti muhu novinama!

Sposobnost kukaca sa složenim očima da otkriju i najmanji pokret ogleda se u sljedećem primjeru: ako pčele i muhe sjednu s ljudima da gledaju film, činit će im se da dvonožni gledatelji dugo gledaju u jedan kadar. prije nego što prijeđete na sljedeći. Da bi kukci gledali film (a ne pojedinačne kadrove, poput fotografije), film projektora treba vrtjeti 10 puta brže.

Trebamo li zavidjeti očima kukaca? Vjerojatno ne. Na primjer, oči muhe vide mnogo, ali nisu sposobne gledati izbliza. Zato hranu (kap pekmeza, na primjer) otkrivaju pužući po stolu i doslovno se sudarajući s njom. A pčele, zbog osobitosti svog vida, ne razlikuju crvenu boju - za njih je crna, siva ili plava.

Tijekom evolucije vida neke životinje razviju prilično složene optičke uređaje. To, naravno, uključuje složene oči. Nastale su kod kukaca i rakova, nekih člankonožaca i beskralješnjaka. Koja je razlika složeno oko od jednostavnog, koje su njegove glavne funkcije? O tome ćemo govoriti u našem današnjem materijalu.

Složene oči

Ovo je optički sustav, raster, gdje nema jedinstvene mrežnice. I svi receptori su kombinirani u male mreže (skupine), tvoreći konveksni sloj koji ne sadrži više živčanih završetaka. Dakle, oko se sastoji od mnogih pojedinačnih jedinica - ommatidija, ujedinjenih u zajednički sustav vizija.

Složene oči, svojstvene njima, razlikuju se od binokularnih (svojstvenih i ljudima) po slaboj definiciji sitnih detalja. Ali oni su u stanju razlikovati svjetlosne fluktuacije (do 300 Hz), dok su za ljude maksimalne mogućnosti 50 Hz. I membrana ove vrste oka ima cjevastu strukturu. S obzirom na to, fasetne oči nemaju takve refrakcijske značajke kao što su dalekovidnost ili miopija; koncept akomodacije nije primjenjiv na njih.

Neke strukturne i vizualne značajke

Kod mnogih kukaca oni zauzimaju veći dio glave i gotovo su nepomični. Na primjer, složene oči vretenca sastoje se od 30 000 čestica koje tvore složena struktura. Leptiri imaju 17.000 ommatidija, muhe 4 tisuće, pčele 5. Najmanji broj čestica ima mrav radnik - 100 komada.

Dalekozor ili faseta?

Prva vrsta vida omogućuje vam da uočite volumen predmeta, njihove male detalje, procijenite udaljenost do objekata i njihov položaj jedan u odnosu na drugi. Međutim, ljudi su ograničeni na kut od 45 stupnjeva. Ako je potreban potpuniji pregled, očna jabučica izvodi pokret na refleksnoj razini (ili okrećemo glavu oko osi). Složene oči u obliku hemisfera s ommatidijama omogućuju vam da vidite okolnu stvarnost sa svih strana bez okretanja vidnih organa ili glave. Štoviše, slika koju oko prenosi vrlo je slična mozaiku: jedna strukturna jedinica oka percipira zasebni element, a zajedno su odgovorni za ponovno stvaranje cjelovite slike.

Sorte

Ommatidije imaju anatomske značajke, zbog čega se njihova optička svojstva razlikuju (npr. među različitim kukcima). Znanstvenici definiraju tri vrste faseta:

Usput, neke vrste insekata imaju mješoviti tip fasetni organi vida, a mnogi, osim onih koje razmatramo, imaju i jednostavne oči. Dakle, kod muhe, na primjer, na stranama glave postoje upareni fasetni organi smješteni prilično velike veličine. A na kruni su tri jednostavna oka koja obavljaju pomoćne funkcije. Pčela ima istu organizaciju vidnih organa – dakle, samo pet očiju!

Kod nekih rakova, čini se da složene oči sjede na pomičnim peteljkama.

A neki vodozemci i ribe također imaju dodatno (parijetalno) oko, koje razlikuje svjetlost, ali ima viziju predmeta. Njegova se mrežnica sastoji samo od stanica i receptora.

Suvremeni znanstveni razvoj

U U zadnje vrijeme Složene oči predmet su proučavanja i užitka za znanstvenike. Uostalom, takvi organi vida, zbog svoje izvorne strukture, temelj su znanstvenih izuma i istraživanja u svijetu moderne optike. Glavne prednosti su široki pregled prostora, razvoj umjetnih aspekata, koji se uglavnom koriste u minijaturnim, kompaktnim, tajnim sustavima nadzora.

Kod većine insekata razvijeni su organi vida. Najveći razvoj se postiže složene ili složene oči . Broj vidnih elemenata - ommatidija, ili faseta, u oku kućne muhe doseže 4 tisuće, au vretenaca čak 28 tisuća.Omatidija se sastoji od prozirne leće ili rožnice u obliku bikonveksne leće i ispod nje prozirne leće. kristalni stožac. Zajedno se pomiruju optički sustav. Pod konusom je mrežnica koja percipira svjetlosne zrake. Stanice retine povezane živčana vlakna s optičkim režnjevima mozga. Svaki ommatidij okružen je pigmentnim stanicama.

Ovisno o percepciji svjetla različitog intenziteta Postoje apozicijski i superpozicijski tipovi očiju. Prva vrsta strukture očiju karakteristična je za dnevne insekte, druga - noćna.

U apozicijsko oko svaki omatidij je u svom gornjem dijelu izoliran pigmentom iz susjednih omatidija. Dakle, svaki strukturna jedinica Oči rade odvojeno od svih ostalih, opažajući samo "svoj" dio vanjskog prostora. Cjelokupna slika formira se u mozgu kukca kao iz mnogo djelića mozaika.

U superpozicijsko oko Ommatidije su samo djelomično, iako cijelom dužinom, zaštićene od bočnih zraka: polupropusne su. S jedne strane, to smeta insektima pri intenzivnom svjetlu, s druge strane, pomaže im da bolje vide u sumraku.

Ocelli (leđne jednostavne oči)- to su mali organi vida koji su prisutni kod nekih odraslih i obično se nalaze na vrhu glave. Obično se predstavljaju u količini od tri, pri čemu jedan leži malo ispred, a još dva - iza i sa strane prednje strane. Ne sadrže ommatidij, a struktura jednostavnih ocela znatno je pojednostavljena. Izvana je rožnica koja se sastoji od rožnatih stanica, dublje je aparat za primanje svjetlosti sastavljen od retinalnih (osjetljivih) stanica, a još niže su pigmentne stanice koje prelaze u vlakna vidnog živca.

Od svih vrsta očiju kukaca, jednostavna ocela imaju najslabiju sposobnost vida. Prema nekim izvješćima, oni uopće ne obavljaju vidnu funkciju, već su odgovorni samo za poboljšanje funkcije složenih očiju. To posebno dokazuje činjenica da insekti praktički nemaju jednostavne oči u nedostatku složenih. Osim toga, kada se složene oči naslikaju, insekti se prestaju orijentirati u prostoru, čak i ako imaju dobro definirane jednostavne oči.

Stabljike ili bočne jednostavne oči– prisutni u ličinkama kukaca s potpunom metamorfozom. Tijekom stadija kukuljice, oni se "pretvore" u složene oči. Obavljaju vizualnu funkciju, ali zbog svoje pojednostavljene strukture vide relativno slabo. Da bi se poboljšao vid, oči larve često su prisutne u nekoliko dijelova. U ličinki pilara slični su leđnim, a u gusjenicama leptira nalikuju ommatidijama složenog oka. Gusjenice percipiraju oblik predmeta i razlikuju male detalje na njihovoj površini.

Vratimo se sada biologiji. Ljudsko oko- nipošto nije jedina vrsta oka. Iako su oči gotovo svih kralježnjaka slične ljudskim, kod nižih životinja nalazimo mnoge druge vrste očiju. Nemamo vremena raspravljati o njima. Ali među beskralježnjacima (na primjer, kukcima) postoje i visoko razvijene vrste očiju; Ovaj kompleks, ili fasetiran, oči. (Većina insekata, osim velikih složenih očiju, ima i jednostavne oči ili ocelije.) Vid pčele je najtemeljitije proučen. Lako je proučavati vizualne karakteristike pčela, jer je poznato da ih privlači med, a pokuse možemo izvoditi tako da medom namažemo npr. plavi ili crveni papir i promatramo koji će privući pčelu. Ova metoda otkrila je vrlo zanimljive značajke pčelinjeg vida.

Prije svega, pokušavajući utvrditi koliko jasno pčela vidi razliku između dva komada “bijelog” papira, neki istraživači su otkrili da ona to ne vidi baš dobro, dok su drugi, naprotiv, otkrili da to čini vraški dobro . Čak i ako su uzeta dva gotovo identična papirića, pčela ih je ipak razlikovala. Jedan je komad papira, primjerice, izbijeljen cinkovom bjelilom, a drugi olovnim, i iako su oba izgledala potpuno isto, pčela ih je mogla razlikovati jer su različito odbijali ultraljubičasto svjetlo. Tako je otkriveno da je pčelinje oko osjetljivo na kraće valne duljine od ljudskog oka. Naše oči vide od 7000 do 4000 Å, od crvene do ljubičaste, ali pčele vide do 3000 Å, dakle u ultraljubičastom području! A to dovodi do niza vrlo zanimljivih učinaka. Prije svega, pčele razlikuju mnoge cvjetove koji nam se čine potpuno jednaki. Nema ničeg iznenađujućeg; uostalom, cvijeće uopće ne cvjeta da bi ugodilo našim očima. Služe kao mamac za pčele, neka vrsta signala da ovdje ima meda. Svi znaju da ima puno "bijelog" cvijeća. Boja koju mi Čini se Pčele očito ne vide bijelo, jer se pokazalo da različiti bijeli cvjetovi ne reflektiraju ultraljubičasto zrake pune kao i oni pravi Bijelo cvijeće. Ne reflektira se sva svjetlost koja pada na njega od bijelog predmeta, gube se ultraljubičaste zrake, a to je potpuno isto kao da gubimo plavu boju, odnosno dobivamo žutu boju. Dakle, svi bijeli cvjetovi izgledaju obojeni pčelama. Međutim, također znamo da pčele ne vide crvenu boju. Dakle, možemo pretpostaviti da crveno cvijeće pčelama izgleda crno? Ništa slično ovome! Pažljivo proučavanje crvenog cvijeća pokazuje da, prvo, čak i naše oko može razaznati blagu plavičastu nijansu u velikoj većini crvenih cvjetova, uzrokovanu dodatnom refleksijom plave boje kod većine njih, koja je u vidljivom području pčelama. Osim toga, eksperimenti također pokazuju da se cvijeće razlikuje po svojoj sposobnosti odbijanja ultraljubičastog svjetla razne dijelove latica itd. Dakle, kad bismo cvijeće mogli vidjeti onako kako ga vide pčele, smatrali bismo ga još ljepšim i raznovrsnijim!

Međutim, otkriveno je da postoje tako crveni cvjetovi koji ne odražavaju plava ili ultraljubičaste zrake pa bi trebali činiti se crne pčele! To u određenoj mjeri objašnjava zbunjenost onih ljudi koji su jako zabrinuti zbog ovog pitanja: na kraju krajeva, crna boja ne izgleda privlačno i teško ju je razlikovati od prljave, guste sjene. Ovako zapravo ispada: pčele ne stići na ovim cvjetovima. Ali oni su baš ono što mališani vole kolibrić; Ispostavilo se da ove ptice savršeno vide crvenu boju!

Još jedan zanimljiv aspekt pčelinjeg vida. Gledajući komad plavo nebo i bez da vidi samo sunce, pčela, očito, još uvijek može odrediti gdje je sunce. Nije nam tako lako. Pogledaj kroz prozor u nebo. Vidite da je plavo. U kojem je smjeru sunce sada? Pčela to može otkriti jer je vrlo osjetljiva na smjer. polarizirani svjetlost, i svjetlost odbijena od neba polarizirani. Još uvijek se raspravlja o tome kako to uspijeva: ili zato što je raspršenje svjetlosti drugačije u različitim okolnostima ili zato što su pčelinje oči izravno osjetljive na smjer polarizirane svjetlosti. Nedavno su dobiveni podaci o izravnoj osjetljivosti pčelinjeg oka.

Također se kaže da je pčela sposobna razlikovati pojedinačne bljeskove svjetlosti s frekvencijom od 200 puta po 1 sjetvi, dok mi razlikujemo samo 20 bljeskova. U košnici se pčele kreću vrlo brzo; Miču šapama, mašu krilima, ali naše oči teško mogu pratiti sve te pokrete. Kad bismo mogli razlikovati brže treptaje, onda bi to bila druga stvar. Navodno je za pčelu vrlo važno da njezine oči imaju tako brzu reakciju.

Sada razgovarajmo o tome što je, zapravo, vidna oštrina pčele? Pčelinje oko je složeno; sastoji se od ogromnog broja posebnih očiju tzv ommatidija, koji se nalaze na gotovo kuglastoj površini sa strane glave kukca.

Na sl. Slika 36.7 prikazuje ommatidij. Na vrhu se nalazi prozirno područje, neka vrsta "leće", ali u stvarnosti je više poput filtera, tjerajući svjetlost duž uskog vlakna, gdje se, očito, apsorbira. Na drugom kraju se proteže živčano vlakno. Središnje živčano vlakno ima sa strane šest stanica iz kojih u biti i potječe. Za naše potrebe ovaj je opis sasvim dovoljan; glavna stvar je da stanica ima konusni oblik, a mnoge takve stanice, jedna uz drugu, tvore površinu pčelinjeg oka.

Pogledajmo sada koja je rezolucija takvog oka. Povucimo liniju (sl. 36.8), shematski prikazujući ommatidij, na površini oka, koju ćemo smatrati sferom polumjera r . Sada ćemo pokušati izračunatiširina svakog ommatidija, za što ćemo malo napregnuti svoju domišljatost i pretpostaviti da je priroda inteligentna koliko i mi! Ako je ommatidij jako velik, tada rezolucija ne može biti veća. Drugim riječima, jedan ommatidij prima informacije o jednom smjeru, susjedni ommatidij prima informacije o drugom itd., a pčela ne može dovoljno dobro vidjeti objekte koji se nalaze između. Dakle, nesigurnost u vidnoj oštrini oka nedvojbeno je povezana s kutnom veličinom kraja ommatidija u odnosu na središte zakrivljenosti oka. (Zapravo, oči se nalaze samo na površini glave.) Ali kut od jednog ommatidija do drugog jednak je, naravno, promjeru ommatidija podijeljenom s polumjerom zakrivljenosti površine oka:

F ig. 36.7. Građa ommatidija.

Dakle, možemo reći: „Što je manja vrijednost , veća je vidna oštrina.

F ig. 36.8. Dijagram distribucije ommatidija na površini pčelinjeg oka.

Ali zašto onda priroda pčeli nije dala vrlo, vrlo male ommatidije?" Kao odgovor možemo reći sljedeće: mi već dovoljno dobro poznajemo fiziku da bismo shvatili da kada pokušavamo provući svjetlost kroz uski prorez, zbog difrakcije je nemoguće vidjeti dovoljno dobro u određenom smjeru, jer će svjetlost tamo stići iz različiti pravci, tj. svi pravci koji se nalaze unutar kuta  d tako da

(36.2)

Sada je jasno da ako ga uzmemo premalog, svaki ommatidij, zbog difrakcije, neće vidjeti samo u jednom smjeru! Ali ako  učinite prevelikim, iako će svi gledati u istom smjeru, bit će ih premalo da biste dobili dovoljno detaljnu sliku. Dakle, moramo odabrati ovu udaljenost d, tako da je puni učinak ova dva mehanizma minimalan. Ako zbrojimo dva izraza i pronađemo mjesto gdje zbroj ima minimum, dobivamo

(36.3)

što daje daljina

(36.4)

U knjigama je naveden promjer 30 mk. Kao što vidite, dogovor se pokazao prilično dobrim! Jasno je da upravo taj mehanizam određuje veličinu pčelinjeg oka i sasvim je dostupan našem razumijevanju. Zamjenom dobivenog broja u (36.1) lako je odrediti kolika je kutna rezolucija pčelinjeg oka. Ispada da je vrlo loš u usporedbi s ljudskim okom. U stanju smo vidjeti stvari čija je prividna veličina trideset puta manja od one koju vidi pčela. Dakle, u usporedbi s čovjekom, slika pčele je prilično mutna i nefokusirana.

F ig. 36.9. Optimalna veličina ommatidia, jednak m .

No, to je tako i na više jednostavno ne može računati. Prirodno se postavlja pitanje zašto pčela nema oko kao naše, s lećom i svim ostalim? Postoji nekoliko vrlo zanimljivih razloga koji to sprječavaju. Prije svega, pčela je premalena; da ima oko slično našem, ali odgovarajuće manje, tada bi veličina zjenice bila oko 30 mk, i stoga bi difrakcija bila tolika da pčela ipak ne bi bolje vidjela. Previše malo oko- Ovo nije dobro. Zatim, ako napravite oko veliko kao pčelinja glava, zauzelo bi cijelu glavu. Uostalom, vrijednost složenog oka leži u činjenici da ne zauzima praktički nikakav prostor - samo tanak sloj na površini pčelinje glave. Dakle, prije nego što daš savjet pčeli, ne zaboravi da ona ima svoje probleme!

Čak iu dalekom djetinjstvu, mnogi od nas postavljali su takva naizgled trivijalna pitanja o kukcima, kao što su: koliko očiju imaju? obična muha, zašto pauk plete mrežu, a osa može ugristi.

Znanost entomologija ima odgovore na gotovo svako od njih, ali danas ćemo se pozvati na znanje istraživača prirode i ponašanja kako bismo razumjeli pitanje što je vizualni sustav ove vrste.

U ovom ćemo članku analizirati kako muha vidi i zašto je ovog dosadnog insekta tako teško zbiti muholovkom ili uhvatiti dlanom o zid.

Stanovnik sobe

Kućna muha ili kućna muha pripada obitelji pravih muha. I iako se tema našeg pregleda odnosi na sve vrste bez iznimke, radi praktičnosti ćemo dopustiti da razmotrimo cijelu obitelj koristeći primjer ove vrlo poznate vrste domaćih parazita.

Obična kućna muha izgledom je vrlo neupadljiv kukac. Ima sivo-crnu boju tijela, s nekim žutim primjesama na donjem dijelu trbuha. Duljina odrasle jedinke rijetko prelazi 1 cm.Kukac ima dva para krila i složene oči.

Složene oči - koja je svrha?

Vizualni sustav muhe uključuje dva velike oči koji se nalazi na rubovima glave. Svaki od njih ima složenu strukturu i sastoji se od mnogo malih šesterokutnih faseta, otuda i naziv ove vrste vizije kao fasetirana.

Ukupno, oko muhe ima više od 3,5 tisuća ovih mikroskopskih komponenti u svojoj strukturi. I svaki od njih je sposoban uhvatiti samo mali dio ukupne slike, prenoseći informacije o rezultirajućoj mini-slici u mozak, koji spaja sve zagonetke ove slike.

Ako usporedimo fasetna vizija i dalekozora, koje čovjek npr. ima, brzo se može uvjeriti da su namjena i svojstva svakog dijametralno suprotni.

Razvijenije životinje imaju tendenciju koncentrirati svoj vid na određeno usko područje ili na konkretnog objekta. Za insekte je važno ne toliko vidjeti određeni objekt koliko brzo kretati se u prostoru i primijetiti pristup opasnosti.

Zašto ju je tako teško uhvatiti?

Ovu štetočinu je zaista jako teško iznenaditi. Razlog nije samo povećana reakcija insekta u usporedbi s spora osoba i sposobnost gotovo trenutnog polijetanja. Uglavnom tako visoka razina reakcije su posljedica pravodobne percepcije promjena i pokreta u mozgu kukca unutar radijusa gledanja njegovih očiju.

Vid muhe omogućuje joj da vidi gotovo 360 stupnjeva. Ova vrsta vizije naziva se i panoramska. Odnosno, svako oko pruža pogled od 180 stupnjeva. Gotovo je nemoguće iznenaditi ovog štetnika, čak i ako mu priđete s leđa. Oči ovog insekta omogućuju vam da kontrolirate cijeli prostor oko sebe, čime osiguravate stopostotnu sveobuhvatnu vizualnu obranu.

Ima li još zanimljiva značajka vizualna percepcija palete boja od strane muhe. Uostalom, gotovo sve vrste drugačije percipiraju određene boje poznate našim očima. Neke od njih uopće ne mogu razlikovati kukci, druge im izgledaju drugačije, u drugim bojama.

Usput, osim dva složena oka, muha ima još tri jednostavna oka. Nalaze se u prostoru između faseta, na prednjem dijelu glave. Za razliku od složenih očiju, ove tri oči koriste kukci za prepoznavanje predmeta u neposrednoj blizini.

Dakle, na pitanje koliko očiju ima obična muha, sada možemo sa sigurnošću odgovoriti – 5. Dvije složene fasetne oči, podijeljene na tisuće ommatidija (faseta) i dizajnirane za najopširniju kontrolu nad promjenama okoliš oko njega, i tri jednostavna oka, koja omogućuju, kako kažu, fokusiranje.

Pogled na svijet

Već smo rekli da su muhe slijepe za boje i ili ne razlikuju sve boje ili vide predmete koji su nam poznati u drugim tonovima boja. Ova vrsta također može razlikovati ultraljubičasto svjetlo.

Također treba reći da, unatoč jedinstvenosti njihove vizije, ovi štetnici praktički ne vide u mraku. Noću, muha spava jer oči ne dopuštaju ovom insektu da lovi u mraku.

I ovi štetnici također imaju tendenciju da dobro percipiraju samo manje i pokretne objekte. Kukac ne može razlikovati predmete velike poput osobe, na primjer. Za muhu, to nije ništa drugo nego još jedan dio unutrašnjosti okoliša.

Ali približavanje ruke kukcu savršeno se detektira njegovim očima i odmah daje potreban signal mozgu. Baš kao ni vidjeti bilo koju drugu opasnost koja se brzo približava, ovim tenisicama to neće biti teško, zahvaljujući složenom i pouzdanom sustavu praćenja koji im je priroda dala.

Zaključak

Tako smo analizirali kako svijet izgleda očima muhe. Sada znamo da su ti sveprisutni štetnici, poput svih kukaca, nevjerojatni vidni aparat, dopuštajući im da ne izgube budnost, a tijekom dana održavaju kružnu osmatračku obranu na sto posto.

Vizija obične muhe nalikuje složenom sustavu praćenja, uključujući tisuće mini-nadzornih kamera, od kojih svaka daje insektu pravovremenu informaciju o tome što se događa u neposrednoj blizini.