Owady mają proste oczy. Krótki opis klasy owadów

Możliwość zobaczenia świat w całym spektrum kolorów i odcieni - wyjątkowy prezent przyrodę człowiekowi. Świat kolorów, które są w stanie dostrzec nasze oczy, jest jasny i niesamowity. Ale człowiek nie jest jedyną żywą istotą na tej planecie. Czy zwierzęta i owady również widzą przedmioty, kolory, nocne kształty? Jak muchy lub pszczoły widzą na przykład nasz pokój lub kwiat?

owadzie oczy

Współczesna nauka, przy pomocy specjalnych przyrządów, zdołała spojrzeć na świat oczami różnych zwierząt. To odkrycie stało się w swoim czasie sensacją. Okazuje się, że wielu naszych mniejszych braci, a zwłaszcza owadów, widzi zupełnie inny obraz, który obserwujemy. Czy muchy w ogóle widzą? Tak, ale wcale tak nie jest i okazuje się, że my i muchy, i inne latające i pełzające, wydaje się żyć w tym samym świecie, ale są zupełnie inne.

W owadach nie jest sam, a raczej nie całkiem sam. Oko owada to zbiór tysięcy fasetek lub ommatidii. Wyglądają jak soczewki stożkowe. Każde takie ommatidium widzi inną część obrazu, dostępną tylko dla niego. Jak muchy widzą? Obraz, który obserwują, jest jak obraz złożony z mozaiki lub układanki.

Ostrość wzroku owadów zależy od liczby ommatidii. Najbardziej widząca jest ważka, ma ommatidia - aż ok. 30 tys. Widoczne są też motyle - około 17 tys. dla porównania: mucha ma 4 tys., pszczoła 5. Najbardziej niedowidząca jest mrówka, jej oko ma tylko 100 faset.

Wszechstronna obrona

Inną zdolnością owadów, odmienną od człowieka, jest możliwość widzenia okrężnego. Soczewka jest w stanie zobaczyć wszystko w 360 stopniach. Spośród ssaków zając ma największy kąt widzenia – 180 stopni. Dlatego nazywa się go skośnym i co zrobić, jeśli jest tak wielu wrogów. Lew nie boi się wrogów, a jego oczy patrzą na mniej niż 30 na horyzoncie. U małych owadów natura zrekompensowała brak wzrostu zdolnością dostrzegania każdego, kto się do nich podkrada. To, co jeszcze wyróżnia wzrokową percepcję owadów, to szybkość zmiany obrazu. Podczas szybkiego lotu udaje im się zauważyć wszystko, czego ludzie nie mogą zobaczyć przy takiej prędkości. Na przykład, jak muchy widzą telewizję? Gdyby nasze oczy były jak u muchy lub pszczoły, musielibyśmy kręcić film dziesięć razy szybciej. Złapanie muchy od tyłu jest prawie niemożliwe, widzi machnięcie ręką szybciej niż to się dzieje. Człowiek wydaje się być powolnym żółwiem owadem, a żółw jest na ogół nieruchomym kamieniem.

Kolory tęczy

Prawie wszystkie owady są ślepe na kolory. Rozróżniają kolory, ale na swój sposób. Co ciekawe, oczy owadów, a nawet niektórych ssaków w ogóle nie dostrzegają czerwieni lub widzą ją jako niebieską, fioletową. Dla pszczoły czerwone kwiaty wyglądają na czarne. Rośliny wymagające zapylenia przez pszczoły nie kwitną na czerwono. Większość żywe kolory szkarłatny, różowy, pomarańczowy, bordowy, ale nie czerwony. Te rzadkie, które pozwalają sobie na czerwony strój, zapylają się w inny sposób. Taka jest relacja w naturze. Trudno sobie wyobrazić, jak naukowcom udało się rozgryźć, jak muchy widzą kolory pomieszczenia, ale okazuje się, że ich ulubiony kolor to żółty, a niebieski i zielony denerwują je. Otóż ​​to. Aby w kuchni było mniej much, wystarczy ją odpowiednio pomalować.

Czy muchy mogą widzieć w ciemności?

Muchy, jak większość owadów latających, śpią w nocy. Tak, oni też potrzebują snu. Jeśli mucha jest stale odpędzana i nie może spać przez trzy dni, umiera. Muchy słabo widzą w ciemności. To są owady okrągłe oczy ale krótkowzroczność. Nie potrzebują oczu, aby znaleźć jedzenie.

W przeciwieństwie do much pszczoły robotnice dobrze widzą w nocy, co pozwala im pracować w nocna zmiana także. W nocy kwiaty są bardziej pachnące i mniej rywali o nektar.

Dobrze widzą w nocy, ale karaluch amerykański jest uznawany za niewątpliwego lidera widzenia w ciemności.

Kształt przedmiotu

Interesujące jest postrzeganie kształtu przedmiotu przez różne owady. Specyfika polega na tym, że mogą w ogóle nie dostrzegać prostych form, które nie są konieczne dla ich żywotności. Pszczoły, motyle nie widzą przedmiotów o prostych kształtach, zwłaszcza nieruchomych, ale pociąga je wszystko, co ma skomplikowane kształty kwiatów, zwłaszcza jeśli się poruszają, kołyszą. Wyjaśnia to w szczególności fakt, że pszczoły i osy rzadko kłują osobę stojącą w miejscu, a jeśli żądlą, to w okolicy ust, kiedy mówi (porusza ustami). Muchy i niektóre inne owady nie dostrzegają człowieka, siedzą na nim po prostu w poszukiwaniu pożywienia, które wyszukują zapachem i widzą za pomocą czujników na łapach.

Ogólne cechy widzenia owadów

• Tylko motyle potrafią odróżnić kolor czerwony - zapylają rzadkie kwiaty taki zakres.
• Struktura oka jest fasetowana, różnica polega na liczbie ommatidii.
• Trichromasia, czyli możliwość zamiany kolorów na trzy kolory podstawowe: fioletowy, zielony i ultrafioletowy.
• Możliwość załamania i odbijania promieni świetlnych oraz zobaczenia całego obrazu otaczającej rzeczywistości.
• Możliwość przeglądania zdjęć, które bardzo szybko się zmieniają.
• Owady wiedzą, jak poruszać się w świetle słonecznym, więc nocne motyle gromadzą się w lampie.
• Widzenie obuoczne pomaga drapieżnikom-owadzim dokładnie określić odległość do swojej ofiary.

Zarówno muchy, jak i pszczoły mają po pięć oczu. Trzy proste oczy znajdują się w górnej części głowy (można powiedzieć, na czubku głowy), a dwa złożone lub fasetowane po bokach głowy. Złożone oczy much, pszczół (a także motyli, ważek i niektórych innych owadów) są przedmiotem entuzjastycznych badań naukowców. Faktem jest, że te narządy wzroku są bardzo interesujące. Składają się z tysięcy pojedynczych sześciokątów, lub mówiąc inaczej język naukowy, aspekty. Każda z faset to miniaturowe oko, które daje obraz osobnej części przedmiotu. Złożone oczy muchy domowej mają około 4000 faset, Pszczółka robotnica- 5000, dla drona - 8000, dla motyla - do 17 000, dla ważki - do 30 000. Okazuje się, że oczy owadów wysyłają do mózgu kilka tysięcy obrazów poszczególnych części obiektu, które choć wtapiają się w obraz obiektu jako całości, ale wszystko poza tym obiektem wygląda tak, jakby był zrobiony z mozaiki.

Dlaczego potrzebujesz oczu złożonych? Uważa się, że z ich pomocą owady orientują się w locie. Podczas gdy proste oczy przeznaczony do oglądania obiektów, które są blisko. Jeśli więc pszczoła usuwa lub skleja oczy złożone, to zachowuje się jak pszczoła niewidoma. Jeśli proste oczy są przyklejone, wydaje się, że owad reaguje powoli.

1,2 -Fasetowane (złożone) oczy pszczoły lub muchy
3 -trzy proste oczy pszczoły lub muchy

Pięć oczu pozwala owadom na pokrycie 360 ​​stopni, to znaczy widzieć wszystko, co dzieje się z przodu, z obu stron i z tyłu. Może dlatego tak trudno zbliżyć się niezauważona do muchy. A jeśli weźmiemy pod uwagę, że oczy złożone znacznie lepiej widzą poruszający się obiekt niż nieruchomy, to można się tylko zastanawiać, jak czasami człowiekowi udaje się uderzyć gazetą w muchę!

cecha owadów Złożone oczy uchwycenie nawet najmniejszego ruchu pokazuje poniższy przykład: jeśli pszczoły i muchy siadają z ludźmi do oglądania filmu, to im się wydaje, że dwunożni widzowie długo patrzą na jedną klatkę, zanim przejdą do Następna. Aby owady oglądały film (a nie pojedyncze klatki, jak zdjęcie), film projektora musi być skręcony 10 razy szybciej.

Czy warto zazdrościć oczom owadów? Prawdopodobnie nie. Na przykład oczy muchy dużo widzą, ale nie są w stanie przyjrzeć się z bliska. Dlatego odkrywają jedzenie (na przykład kroplę dżemu), czołgając się po stole i dosłownie wpadając na niego. A pszczoły, ze względu na osobliwości ich wzroku, nie rozróżniają czerwieni - dla nich jest czarna, szara lub niebieska.

Strona 3 z 5

Owad i człowiek dosłownie patrzą na świat inne oczy. Oczy wszystkich owadów - czy to muchy domowej, szerszenia, motyla czy chrząszcza - są złożone (fasetowane), składające się z oddzielnych oczu. (Wiele gatunków ma również proste oczy.) U niektórych motyli i ważek oko złożone składa się z 30 000 elementów; mrówki mają tylko sześć. Każde oko ma własną soczewkę długość ogniskowa który jest stały i nie może pomieścić. Owad widzi mozaikowy obrazek (tak wygląda znacznie powiększona fotografia z gazety - z pojedynczych plamek) i słabo rozróżnia kształt przedmiotów. Ale oko złożone doskonale widzi ruch, co pomaga owadowi unikać drapieżników i wykrywać zdobycz.

Oczy muchy i ważki zajmują większą część powierzchni głowy, zapewniając widok prawie 360 ​​stopni, dzięki czemu można zobaczyć zbliżającego się drapieżnika z tyłu, z góry i z dołu. Mrówki, które spędzają większość czasu pod ziemią, mają słabo rozwinięte oczy, a niektóre gatunki są ślepe.

Struktura oka złożonego

Ile oczu ma ważka?

W przypadku drapieżnych i szybko latających owadów wzrok ma bardzo ważne. Ich oczy składają się z wielu pojedynczych oczu. Takie oko złożone u ważek może składać się z 30 000 pojedynczych soczewek. Przechodząc przez soczewki i przezroczyste, krystaliczne stożki, światło dociera do wrażliwych komórek. Zamieniają je w impulsy elektryczne, które są następnie przekazywane do mózgu, gdzie zbierany jest pełny obraz. Ten obraz wydaje się być podzielony na komórki i składa się z wielu punktów - jak zdjęcie z gazety lub wygaszacz ekranu w telewizorze. Oprócz oczu złożonych wiele owadów ma na czole trzy małe przyoczki – z wieloma komórkami światłoczułymi i jedną wspólną soczewką. Owady potrzebują ich do określenia stopnia oświetlenia otaczającej przestrzeni i dostosowania pozycji ciała podczas lotu. U ważki oddzielne oczy są wyraźnie widoczne jako część oczu złożonych. Stosunkowo proste pod względem budowy dodatkowe oko na środku czoła wygląda jak kropla wody.

Prędkość lotu ważki

Duże ważki zwykle latają z prędkością około 30 km/h. Jeden gatunek australijskich ważek może osiągnąć prędkość do 58 km/h podczas lotu na krótkich dystansach. Jednak gzy są mistrzami w szybkich lotach. Amerykański widok mucha rozwija prędkość do 70 km/h. Ważki, dzięki swoim bezpośrednim mięśniom, mogą poruszać skrzydłami we wszystkich kierunkach, a tym samym latać nawet do tyłu.

Czy owady widzą kolory?

Ludzkie komórki wzrokowe rozpoznają trzy podstawowe kolory: niebieski, zielony i czerwony. Wszystkie inne kolory pochodzą z mieszania tych trzech podstawowych kolorów. Każda pszczoła miodna oddzielne oko zawiera również trzy rodzaje komórek, które jednak rozróżniają niebieski, zielony i ultrafioletowy. Pszczoły nie dostrzegają czerwonego koloru: wydaje im się ciemnoszary lub czarny. Światło ultrafioletowe dostarcza pszczołom, mrówkom i muchom informacji o kierunku drgań światła spolaryzowanego, które są analizowane przez mózg owada. Dlatego owady, nawet przy dużym zachmurzeniu, potrafią ocenić położenie słońca i orientować się na ziemi. Pluskwy wodne i pluskwy wodne również wykorzystują dane ze spolaryzowanego światła, aby zobaczyć odbijające powierzchnie wody w locie.

Czym jest rozdzielczość?

Osoba może dostrzec 20 kolejnych obrazów na sekundę. Jeśli dzieje się to szybciej, obraz jest widoczny w ruchu. Ten efekt jest używany podczas nagrywania filmów. Obraz na monitorze komputera i ekranie telewizora jest aktualizowany 50 razy na sekundę i dlatego wydaje się być stały. Oko muchy gnojowej potrafi rozróżnić poszczególne obrazy w ciągu czterech tysięcznych sekundy. Pszczoły miodne widzą 300 zdjęć na sekundę.

Pokaż wszystko

Odmiany budowy narządów wzroku

U owadów oczy można przedstawić w trzech odmianach:

• (fasetowany);
• (grzbietowa, przyoczna);
• larwa (boczna, larwalna). (zdjęcie)

Oni mają inna struktura i nierówna zdolność widzenia.

Oczy złożone występują u większości owadów, a im bardziej rozwinięte są te ostatnie, tym lepiej rozwijają się ich narządy wzroku. zwane także fasetowanymi, ponieważ powierzchnia zewnętrzna Jest reprezentowany przez zestaw soczewek umieszczonych obok siebie - fasetki.

Ommatidium

Ommatidium

A (po lewej) - ommatidium apozycyjne,

B (po prawej) - superpozycja ommatidium

1 - aksony komórek wzrokowych, 2 - komórki siatkówki,

3 - rogówka, 4 - stożek krystaliczny,

5 - komórki pigmentowe, 6 - światłowód, 7 - rabdom

Oko złożone składa się z różnych, z reguły, dużej liczby oddzielnych jednostki strukturalne- ommatydyjczycy. obejmują szereg struktur zapewniających przewodzenie, załamywanie światła (faseta, komórka korzenia, stożek kryształu) i percepcję sygnałów wizualnych (komórki siatkówki, prążki, komórki nerwowe). Dodatkowo każdy posiada urządzenie izolujące pigment, dzięki czemu jest całkowicie lub częściowo chroniony przed promieniami bocznymi.

Schemat budowy prostego oka

Ze wszystkich odmian owadzich oczu mają najsłabszą zdolność widzenia. Według niektórych raportów w ogóle nie działają funkcja wizualna i odpowiadają jedynie za poprawę funkcji oczu złożonych. Świadczy o tym w szczególności fakt, że u owadów praktycznie nie ma prostych przy braku złożonych. Ponadto, malując oczy złożone, owady przestają orientować się w przestrzeni, nawet jeśli mają wyraźnie zarysowane.

Cechy widzenia owadów

Dedykowany do badania wzroku owadów duża ilość prace naukowe. Wobec takiego zainteresowania ze strony specjalistów, wiele cech pracy oczu w Insecta zostało do tej pory rzetelnie wyjaśnionych. Jednak struktura narządów wzroku w tych organizmach jest tak zróżnicowana, że ​​jakość widzenia, postrzeganie koloru i objętości, rozróżnienie między obiektami ruchomymi i nieruchomymi, rozpoznawanie znanych obrazów wizualnych i inne właściwości widzenia znacznie się różnią. w różne grupy owady. Wpływ na to mogą mieć następujące czynniki: w oku złożonym - budowa ommatidii i ich liczba, wybrzuszenie, umiejscowienie i kształt oczu; w prostych oczach i - ich liczba i subtelne cechy konstrukcji, które mogą być reprezentowane przez znaczną różnorodność opcji. Wizja pszczół została najlepiej zbadana dzisiaj.

Pewną rolę w percepcji formy odgrywa ruch przedmiotu. Owady częściej siadają na kołyszących się na wietrze kwiatach niż na stacjonarnych. ważki pędzą za poruszającą się zdobyczą, a samce motyli reagują na latające samice i mają problemy z widzeniem siedzących. Prawdopodobnie chodzi o pewną częstotliwość podrażnienia oczu ommatidii podczas ruchu, migania i migotania.

Rozpoznawanie znajomych przedmiotów

Owady rozpoznają znajome przedmioty nie tylko po kolorze i kształcie, ale także po rozmieszczeniu otaczających je obiektów, więc idei wyjątkowej prymitywności ich widzenia nie można nazwać prawdziwą. Na przykład Sand Wasp znajduje wejście do norki, skupiając się na obiektach, które się wokół niej znajdują (trawa, kamienie). Jeśli zostaną usunięte lub zmieniona ich lokalizacja, może to zmylić owada.

percepcja odległości

Tę cechę najlepiej zbadać na przykładzie ważek, biegaczowatych i innych drapieżnych owadów.

Możliwość określenia odległości wynika z obecności u wyższych owadów widzenie obuoczne, czyli dwoje oczu, których pola widzenia częściowo się przecinają. Cechy strukturalne oczu określają, jak duża jest odległość dostępna do przeglądu owada. Na przykład chrząszcze skaczące reagują na zdobycz i rzucają się na nią, gdy znajdują się w odległości 15 cm od obiektu.

Lekki ruch kompasu

Wiele owadów porusza się w taki sposób, że stale utrzymują ten sam kąt padania światła na siatkówkę. W ten sposób, promienie słoneczne są rodzajem kompasu, za pomocą którego orientuje się owad. Na tej samej zasadzie ćmy poruszają się w kierunku sztucznych źródeł światła.

Uważa się, że do 90% wiedzy o świecie zewnętrznym osoba otrzymuje za pomocą swojej stereoskopowej wizji. Zające nabyły widzenie peryferyjne, dzięki czemu widzą obiekty znajdujące się z boku, a nawet za nimi. U ryb głębinowych oczy mogą zajmować do połowy głowy, a ciemieniowe „trzecie oko” minoga pozwala mu dobrze nawigować w wodzie. Węże widzą tylko poruszający się obiekt, a oczy sokoła wędrownego są uznawane za najbardziej czujne na świecie, zdolne tropić zdobycz z wysokości 8 km!

Ale jak widzą świat przedstawiciele najliczniejszej i najróżniejszej klasy żywych istot na Ziemi - owadów? Wraz z kręgowcami, do których przegrywają tylko pod względem wielkości ciała, to owady mają najdoskonalszy wzrok i złożone struktury. systemy optyczne oczy. Chociaż złożone oczy owadów nie posiadają akomodacji, przez co można je nazwać krótkowzrocznymi, to w przeciwieństwie do ludzi potrafią rozróżniać niezwykle szybko poruszające się obiekty. A dzięki uporządkowanej strukturze ich fotoreceptorów wiele z nich ma prawdziwy „szósty zmysł” – spolaryzowane widzenie.

Wizja zanika - moja siła,
Dwie niewidzialne diamentowe włócznie...

A. Tarkowski (1983)

Trudno przecenić wartość Sveta (promieniowanie elektromagnetyczne widma widzialnego) dla wszystkich mieszkańców naszej planety. światło słoneczne służy jako główne źródło energii dla fotosyntetycznych roślin i bakterii, a pośrednio za ich pośrednictwem - dla wszystkich żywych organizmów ziemskiej biosfery. Światło bezpośrednio wpływa na przepływ wszelkiej różnorodności Procesy życiowe zwierząt, od hodowli po sezonowe zmiany koloru. I oczywiście dzięki percepcji światła przez specjalne narządy zmysłów zwierzęta otrzymują znaczną (a często nawet większą) o większość) informacji o otaczającym ich świecie, potrafią rozróżniać kształt i kolor przedmiotów, określać ruch ciał, poruszać się w przestrzeni itp.

Wizja jest szczególnie ważna dla zwierząt, które są w stanie aktywnie poruszać się w kosmosie: to wraz z pojawieniem się zwierząt mobilnych zaczęły się formować i ulepszać aparat wzrokowy- najbardziej złożony ze wszystkich znanych systemy sensoryczne. Do takich zwierząt należą kręgowce i wśród bezkręgowców - głowonogi i owady. To właśnie te grupy organizmów mogą pochwalić się najbardziej złożonymi narządami wzroku.

Jednak aparat wzrokowy tych grup znacznie się różni, podobnie jak percepcja obrazów. Uważa się, że owady jako całość są bardziej prymitywne niż kręgowce, nie mówiąc już o ich wyższym poziomie - ssakach i oczywiście człowieku. Ale jak różne są ich percepcje wzrokowe? Innymi słowy, jak bardzo różni się od naszego świata, widzianego oczami małego stworzenia zwanego muchą?

Mozaika sześciokątna

Układ wzrokowy owadów w zasadzie nie różni się od układu innych zwierząt i składa się z peryferyjnych narządów wzroku, struktury nerwowe i formacje centralne system nerwowy. Ale jeśli chodzi o morfologię narządów wzroku, tutaj różnice są po prostu uderzające.

Każdy zna kompleks fasetowany owadzie oczy, które znajdują się u dorosłych owadów lub w larwach owadów rozwijających się z niepełna transformacja, czyli bez stadium poczwarki. Od tej reguły nie ma zbyt wielu wyjątków: są to pchły (rząd Siphonaptera), ptaki wachlarzowate (rząd Strepsiptera), większość rybików cukrowych (rodzina Lepismatidae) i cała klasa kryptoszczęki (Entognatha).

Oko złożone wygląda jak kosz dojrzałego słonecznika: składa się z zestawu faset ( ommatydian) - autonomiczne odbiorniki promieniowania świetlnego, posiadające wszystko, co niezbędne do regulacji strumienia świetlnego i tworzenia obrazu. Liczba faset jest bardzo zróżnicowana: od kilku w szczeciniakach (rząd Thysanura) do 30 tysięcy u ważek (rząd Aeshna). Co zaskakujące, liczba ommatidii może się różnić nawet w ramach jednej grupy systematycznej: na przykład wiele gatunków chrząszczy biegaczy żyjących na otwartych przestrzeniach ma dobrze rozwinięte złożone oczy o duża ilość ommatidia, podczas gdy u biegaczy żyjących pod kamieniami oczy są znacznie zmniejszone i składają się z niewielkiej liczby ommatidii.

Górną warstwę ommatidii reprezentuje rogówka (soczewka) - odcinek przezroczystego naskórka wydzielanego przez specjalne komórki, który jest rodzajem sześciokątnej dwuwypukłej soczewki. Pod rogówką u większości owadów znajduje się przezroczysty, krystaliczny stożek, którego struktura może się różnić w różne rodzaje. U niektórych gatunków, zwłaszcza prowadzących nocny tryb życia, w aparacie załamującym światło występują dodatkowe struktury, które pełnią głównie rolę Powłoka antyrefleksyjna i zwiększenie przepuszczalności światła w oczach.

Obraz tworzony przez soczewkę i stożek kryształu pada na światłoczułe siatkówkowy komórki (wzrokowe), które są neuronem z krótkim aksonem ogonowym. Kilka komórek siatkówki tworzy pojedynczą cylindryczną wiązkę - siatkówka. Wewnątrz każdej takiej komórki, po stronie skierowanej do wewnątrz, znajduje się ommatidium rabdomer- specjalna formacja wielu (do 75-100 tysięcy) mikroskopijnych rurek-kosmków, których błona zawiera wizualny pigment. Jak wszystkie kręgowce, ten pigment jest rodopsyna- złożone kolorowe białko. Ze względu na ogromną powierzchnię tych błon, neuron fotoreceptorowy zawiera duża liczba cząsteczki rodopsyny (na przykład u muszki owocowej) Drosophila ta liczba przekracza 100 milionów!).

Rabdomery wszystkich komórek wzrokowych połączone w rabdom, i są wrażliwymi na światło elementami receptorowymi oka złożonego, a wszystkie siatkówki razem stanowią analogi naszej siatkówki.

Załamujący światło i światłoczuły aparat ścianek wzdłuż obwodu jest otoczony komórkami z pigmentami, które pełnią rolę izolacji światła: dzięki nim strumień światła, załamujący się, pada na neurony tylko jednego ommatidium. Ale tak układają się fasety w tzw fotopowy oczy przystosowane do jasnego światła dziennego.

Dla gatunków prowadzących o zmierzchu lub nocny tryb życia charakterystyczne są oczy innego typu - skotopowy. Takie oczy mają wiele przystosowań do niewystarczającego strumienia świetlnego, na przykład bardzo duże rabdomery. Ponadto w ommatidii takich oczu pigmenty chroniące przed światłem mogą swobodnie migrować do wnętrza komórek, dzięki czemu strumień światła może dotrzeć do komórek wzrokowych sąsiednich ommatidii. Zjawisko to leży u podstaw tzw ciemna adaptacja oko owada - wzrost wrażliwości oka w słabym świetle.

Kiedy fotony światła są absorbowane przez rabdomery, komórki siatkówki generują Impulsy nerwowe, które są wysyłane wzdłuż aksonów do sparowanych płatów wzrokowych mózgu owadów. W każdym płacie wzrokowym znajdują się trzy centra asocjacyjne, w których odbywa się przetwarzanie przepływu informacji wzrokowych, które jednocześnie pochodzą z wielu aspektów.

Jeden do trzydziestu

Według starożytnych legend ludzie mieli kiedyś „trzecie oko” odpowiedzialne za percepcję pozazmysłową. Nie ma na to dowodów, ale te same minogi i inne zwierzęta, takie jak jaszczurka hatterie i niektóre płazy, mają niezwykłe narządy światłoczułe w „niewłaściwym” miejscu. W tym sensie owady nie pozostają w tyle za kręgowcami: oprócz zwykłych oczu złożonych mają małe dodatkowe oczy - ocelli znajduje się na powierzchni czołowo-ciemieniowej, oraz stemma- po bokach głowy.

Ocelli występują głównie u owadów dobrze latających: dorosłych (w gatunkach z całkowitą metamorfozą) i larwach (w gatunkach z niepełną metamorfozą). Z reguły są to trzy oczy umieszczone w kształcie trójkąta, ale czasami środkowe jedno lub dwa boczne mogą być nieobecne. W budowie przyoczki są podobne do ommatidii: pod soczewką załamującą światło mają warstwę przezroczystych komórek (analogicznie do stożka krystalicznego) i siatkówkę.

Trzon można znaleźć w larwach owadów, które rozwijają się z całkowitą metamorfozą. Ich liczba i lokalizacja jest różna w zależności od gatunku: po każdej stronie głowy może znajdować się od jednej do trzydziestu przyoczek. W gąsienicach częściej występuje sześć oczu, ułożonych tak, że każde z nich ma osobne pole widzenia.

W różnych rzędach owadów łodygi mogą różnić się od siebie strukturą. Różnice te są prawdopodobnie związane z ich pochodzeniem z różnych struktur morfologicznych. Tak więc liczba neuronów w jednym oku może wahać się od kilku jednostek do kilku tysięcy. Naturalnie wpływa to na postrzeganie otaczającego świata przez owady: jeśli niektóre z nich tylko widzą ruch światła i ciemne miejsca, wtedy inni są w stanie rozpoznać wielkość, kształt i kolor przedmiotów.

Jak widać, zarówno stemma, jak i ommatidia są analogami pojedynczych faset, aczkolwiek zmodyfikowanymi. Owady mają jednak inne opcje „zastępcze”. Tak więc niektóre larwy (zwłaszcza z rzędu muchówek) są w stanie rozpoznać światło nawet przy całkowicie zacienionych oczach za pomocą komórek światłoczułych znajdujących się na powierzchni ciała. Niektóre rodzaje motyli mają tak zwane fotoreceptory narządów płciowych.

Wszystkie takie strefy fotoreceptorów są ułożone w podobny sposób i reprezentują nagromadzenie kilku neuronów pod przezroczystą (lub półprzezroczystą) naskórkiem. Dzięki takim dodatkowym „oczkom” larwy muchówek unikają otwartych przestrzeni, a samice motyli wykorzystują je podczas składania jaj w zacienionych miejscach.

Fasetowany polaroid

Do czego zdolne są złożone oczy owadów? Jak wiecie, każde promieniowanie optyczne ma trzy cechy: jasność, widmo(długość fali) i polaryzacja(orientacja oscylacji składowej elektromagnetycznej).

Owady wykorzystują widmową charakterystykę światła do rejestrowania i rozpoznawania obiektów otaczającego świata. Prawie wszystkie są zdolne do odbioru światła w zakresie 300–700 nm, w tym ultrafioletowej części widma niedostępnej dla kręgowców.

Zwykle, różne kolory postrzegane różne obszary złożone oko owady. Taka „lokalna” wrażliwość może różnić się nawet w obrębie tego samego gatunku, w zależności od płci osobnika. Często w tej samej ommatydii można znaleźć różne receptory kolorów. Tak więc w motylach z rodzaju Papilio dwa fotoreceptory mają wizualny pigment o maksimum absorpcji przy 360, 400 lub 460 nm, dwa kolejne przy 520 nm, a pozostałe od 520 do 600 nm (Kelber i wsp., 2001).

Ale to nie wszystko, co potrafi oko owada. Jak wspomniano powyżej, w neuronach wzrokowych błona fotoreceptorowa mikrokosmków rabdomerowych jest zwinięta w okrągłą lub sześciokątną rurkę. Z tego powodu niektóre cząsteczki rodopsyny nie uczestniczą w absorpcji światła, ponieważ momenty dipolowe tych cząsteczek są równoległe do drogi wiązki światła (Govardovsky, Gribakin, 1975). W rezultacie mikrokosmków nabywa dichroizm- zdolność pochłaniania światła w różny sposób w zależności od jego polaryzacji. Zwiększenie wrażliwości polaryzacyjnej ommatidium ułatwia również fakt, że cząsteczki pigmentu wizualnego nie są ułożone losowo w błonie, jak u ludzi, ale są zorientowane w jednym kierunku, a poza tym są sztywno zamocowane.

Jeśli oko jest w stanie rozróżnić dwa źródła światła na podstawie ich charakterystyki spektralnej, niezależnie od natężenia promieniowania, możemy mówić o widzenie kolorów . Ale jeśli robi to poprzez ustalenie kąta polaryzacji, jak w tym przypadku, mamy wszelkie powody, aby mówić o widzeniu polaryzacyjnym owada.

Jak owady postrzegają światło spolaryzowane? Na podstawie budowy ommatidium można przyjąć, że wszystkie fotoreceptory muszą być jednocześnie wrażliwe zarówno na określoną długość (długości) fal świetlnych, jak i na stopień polaryzacji światła. Ale w tym przypadku może być poważne problemy- tak zwany fałszywe postrzeganie kolorów. Tak więc światło odbite od błyszczącej powierzchni liści lub powierzchni wody jest częściowo spolaryzowane. W takim przypadku mózg, analizując dane fotoreceptorów, może popełnić błąd w ocenie intensywności koloru lub kształtu powierzchni odbijającej.

Owady nauczyły się skutecznie radzić sobie z takimi trudnościami. Tak więc u wielu owadów (głównie much i pszczół), w ommatidii, które postrzegają tylko kolor, powstaje rabdom. typ zamknięty, w którym rabdomy nie kontaktują się ze sobą. Jednocześnie mają również ommatidia ze zwykłymi prostymi prążkami prążkowanymi, które są również wrażliwe na światło polaryzacyjne. U pszczół takie fasety znajdują się wzdłuż krawędzi oka (Wehner i Bernard, 1993). U niektórych motyli zniekształcenia w postrzeganiu kolorów są usuwane z powodu znacznej krzywizny mikrokosmków rabdomerowych (Kelber et al., 2001).

U wielu innych owadów, zwłaszcza u Lepidoptera, we wszystkich ommatidiach zachowane są zwykłe bezpośrednie rabdomy, dzięki czemu ich fotoreceptory są w stanie jednocześnie postrzegać zarówno światło „kolorowe”, jak i spolaryzowane. Co więcej, każdy z tych receptorów jest wrażliwy tylko na pewien preferowany kąt polaryzacji i określoną długość fali światła. Ta złożona percepcja wzrokowa pomaga motylom żerować i składać jaja (Kelber et al., 2001).

nieznana kraina

Możesz bez końca zagłębiać się w cechy morfologii i biochemii owadziego oka i nadal trudno jest odpowiedzieć na tak proste i jednocześnie niewiarygodnie skomplikowany problem: Jak widzą owady?

Trudno jest nawet wyobrazić sobie obrazy powstające w mózgu owadów. Ale każdy powinien zauważyć, że dziś jest to popularne teoria mozaikowej wizji, zgodnie z którą owad widzi obraz w postaci swoistej układanki z sześciokątów, nie oddaje dokładnie istoty problemu. Faktem jest, że chociaż każda pojedyncza fasetka zawiera osobny obraz, który jest tylko częścią całego obrazu, obrazy te mogą nakładać się na obrazy uzyskane z sąsiednich faset. Dlatego obraz świata uzyskany za pomocą ogromnego oka ważki, składającego się z tysięcy miniaturowych kamer fasetowych i „skromnego” sześciofasetowego oka mrówki, będzie się bardzo różnił.

Dotyczący ostrość widzenia (rezolucja, czyli umiejętność rozróżniania stopnia rozwarstwienia obiektów), następnie u owadów określa się to liczbą faset na jednostkę wypukła powierzchnia oczy, tj. ich gęstość kątowa. W przeciwieństwie do ludzi, oczy owadów nie mają akomodacji: promień krzywizny soczewki przewodzącej światło nie zmienia się w nich. W tym sensie owady można nazwać krótkowzrocznymi: im więcej szczegółów widzą, tym bliżej obiektu obserwacji.

Jednocześnie owady o oczach złożonych są w stanie rozróżniać bardzo szybko poruszające się obiekty, co tłumaczy się wysokim kontrastem i niską bezwładnością ich układu wzrokowego. Na przykład osoba może odróżnić tylko około dwudziestu błysków na sekundę, a pszczoła - dziesięć razy więcej! Ta właściwość jest niezbędna dla szybko latających owadów, które muszą podejmować decyzje bezpośrednio w locie.

Kolorowe obrazy odbierane przez owady mogą być również znacznie bardziej złożone i niezwykłe niż nasze. Na przykład kwiat, który wydaje nam się biały, często kryje w swoich płatkach wiele pigmentów, które mogą odbijać światło ultrafioletowe. A w oczach owadów zapylających mieni się wieloma barwnymi odcieniami - wskazówkami na drodze do nektaru.

Uważa się, że owady „nie widzą” czerwonego koloru, który w „ czysta forma„i jest niezwykle rzadki w przyrodzie (z wyjątkiem roślin tropikalnych zapylanych przez kolibry). Jednak czerwone kwiaty często zawierają inne pigmenty, które mogą odbijać promieniowanie o krótkich falach. A biorąc pod uwagę, że wiele owadów jest w stanie dostrzec nie trzy podstawowe kolory, jak osoba, ale więcej (czasem nawet pięć!), to ich obrazy wizualne powinny być tylko ekstrawagancją kolorów.

I wreszcie „szósty zmysł” owadów to spolaryzowane widzenie. Z jego pomocą owadom udaje się zobaczyć w otaczającym ich świecie to, co człowiek może tylko zorientować się w słabym świetle za pomocą specjalnych filtrów optycznych. Owady w ten sposób potrafią dokładnie zlokalizować słońce na zachmurzonym niebie i wykorzystać spolaryzowane światło jako „niebiański kompas”. A owady wodne w locie wykrywają zbiorniki wodne za pomocą częściowo spolaryzowanego światła odbitego od powierzchni wody (Schwind, 1991). Ale jakie obrazy „widzą” w tym samym czasie, po prostu nie można sobie wyobrazić ...

Każdy, kto z tego czy innego powodu interesuje się wizją owadów, może mieć pytanie: dlaczego nie utworzyły one oka komory, podobnego do ludzkie oko, ze źrenicą, obiektywem i innymi urządzeniami?

Wybitny amerykański fizyk teoretyczny kiedyś wyczerpująco odpowiedział na to pytanie: Laureat Nagrody Nobla R. Feynman: „To jest nieco utrudnione przez raczej ciekawe powody. Po pierwsze pszczoła jest za mała: gdyby miała oko podobne do naszego, ale odpowiednio mniejsze, to wielkość źrenicy byłaby rzędu 30 mikronów, a zatem dyfrakcja byłaby tak duża, że ​​pszczoła nadal nie mogłaby widzieć lepiej. Zbyt wiele małe oko- niezbyt dobrze. Jeśli takie oko jest wystarczająco duże, to nie powinno być mniejsze niż głowa samej pszczoły. Wartość oka złożonego polega na tym, że praktycznie nie zajmuje miejsca - tylko cienką warstwę na powierzchni głowy. Dlatego przed udzieleniem rady pszczoły nie zapominaj, że ma ona własne problemy!”

Nic więc dziwnego, że owady wybrały własną drogę w wizualnej wiedzy o świecie. Tak, a my, aby zobaczyć to z punktu widzenia owadów, musielibyśmy nabyć ogromne oczy złożone, aby zachować zwykłą ostrość wzroku. Jest mało prawdopodobne, aby takie przejęcie było dla nas przydatne z punktu widzenia ewolucji. Do każdej jego własności!

Literatura
1. Tyshchenko V.P. Fizjologia owadów. M.: Szkoła podyplomowa, 1986, 304 s.
2. Klowden MJ Systemy fizjologiczne u owadów. Wydawnictwo akademickie, 2007. 688 s.
3. Naród J.L. Fizjologia i biochemia owadów. Wydanie drugie: CRC Press, 2008.