Vederea la insecte. Ochii compuși: prin ce diferă de ochii simpli? Cum vede o muscă lumea din jurul lui?

Se crede că o persoană primește până la 90% din cunoștințele despre lumea exterioară cu ajutorul viziunii sale stereoscopice. Iepurii au dobândit viziune laterală, datorită căreia pot vedea obiecte situate în lateral și chiar în spatele lor. La peștii de adâncime, ochii pot ocupa până la jumătate din cap, iar „al treilea ochi” parietal al lampreiului îi permite să navigheze bine în apă. Șerpii pot vedea doar un obiect în mișcare, dar ochii șoimului călător sunt recunoscuți ca cei mai vigilenți din lume, capabili să urmărească prada de la o înălțime de 8 km!

Dar cum văd lumea reprezentanții celei mai numeroase și diverse clase de creaturi vii de pe Pământ - insectele -? Alături de vertebrate, cărora le sunt inferioare doar ca mărime corporală, insectele sunt cele care au cea mai avansată viziune și sisteme optice complexe ale ochiului. Deși ochii compuși ai insectelor nu au acomodare, drept urmare pot fi numiți miopi, ei, spre deosebire de oameni, sunt capabili să distingă obiectele care se mișcă extrem de rapid. Și datorită structurii ordonate a fotoreceptorilor lor, mulți dintre ei au un adevărat „al șaselea simț” - viziunea de polarizare.

Vederea se estompează - puterea mea,
Două sulițe de diamant invizibile...

A. Tarkovsky (1983)

Este greu de supraestimat importanța Sveta (radiatie electromagnetica spectru vizibil) pentru toți locuitorii planetei noastre. Lumina soarelui servește ca sursă principală de energie pentru plantele și bacteriile fotosintetice și, indirect prin intermediul acestora, pentru toate organismele vii din biosfera pământului. Lumina afectează direct fluxul întregii diversități procesele vieții animale, de la reproducere la schimbări sezoniere de culoare. Și, desigur, datorită percepției luminii de către organele de simț speciale, animalele primesc semnificative (și adesea b O majoritatea) informațiilor despre lumea înconjurătoare, pot distinge forma și culoarea obiectelor, pot determina mișcarea corpurilor, pot naviga în spațiu etc.

Vederea este deosebit de importantă pentru animalele capabile să se miște activ în spațiu: odată cu apariția animalelor mobile, vederea a început să se formeze și să se îmbunătățească. aparatul vizual- cel mai complex dintre toate sistemele senzoriale cunoscute. Aceste animale includ vertebrate și printre nevertebrate - cefalopode si insecte. Aceste grupuri de organisme se pot lăuda cu cele mai complexe organe de vedere.

Cu toate acestea, aparatul vizual al acestor grupuri diferă semnificativ, la fel ca și percepția imaginilor. Se crede că insectele, în general, sunt mai primitive în comparație cu vertebratele, ca să nu mai vorbim de cel mai înalt nivel al lor - mamiferele și, în mod natural, oamenii. Dar cât de diferite sunt percepțiile lor vizuale? Cu alte cuvinte, este lumea văzută prin ochii unei mici creaturi numită muscă mult diferită de a noastră?

Mozaic de hexagoane

Sistemul vizual al insectelor nu este, în principiu, diferit de cel al altor animale și constă din organe de vedere periferice, structurile nervoaseşi formaţiuni ale centralei sistem nervos. Dar în ceea ce privește morfologia organelor vizuale, aici diferențele sunt pur și simplu izbitoare.

Toată lumea este familiarizată cu complexul faţetate ochi de insecte, care se găsesc la insectele adulte sau larvele de insecte care se dezvoltă cu transformare incompletă, adică fără stadiul de pupă. Nu există multe excepții de la această regulă: aceștia sunt puricii (ordinul Siphonaptera), aripile evantai (ordinul Strepsiptera), majoritatea peștilor de argint (familia Lepismatidae) și întreaga clasă de criptognatani (Entognatha).

Ochiul compus arată ca coșul unei floarea soarelui coaptă: este format dintr-un set de fațete ( ommatidia) - receptoare autonome de radiații luminoase care au tot ce este necesar pentru a regla fluxul luminos și formarea imaginii. Numărul de fațete variază foarte mult: de la mai multe în coada perilor (ordinul Thysanura) la 30 de mii în libelule (ordinul Aeshna). În mod surprinzător, numărul de ommatidii poate varia chiar și în cadrul unui grup sistematic: de exemplu, un număr de specii de gândaci de pământ care trăiesc în spații deschise au ochi compuși bine dezvoltați, cu o cantitate mare ommatidia, în timp ce la gândacii de pământ care trăiesc sub pietre, ochii sunt mult reduse și constau dintr-un număr mic de omatidii.

Stratul superior de ommatidia este reprezentat de cornee (lentila) - o secțiune de cuticulă transparentă secretată de celule speciale, care este un fel de lentilă biconvexă hexagonală. Sub corneea majorității insectelor există un con cristalin transparent, a cărui structură poate varia între tipuri diferite. La unele specii, în special cele nocturne, există structuri suplimentare în aparatul de refracție a luminii care joacă în principal rolul de acoperire antireflexși creșterea transmisiei luminii a ochiului.

Imaginea formată de lentilă și conul de cristal cade pe fotosensibil retiniană celule (vizuale), care sunt un neuron cu un axon scurt. Mai multe celule retiniene formează un singur fascicul cilindric - retinula. În interiorul fiecărei astfel de celule, pe partea orientată spre interior, se află omatidiu rabdomer- o formație specială de mai multe (până la 75–100 mii) tuburi de vilozități microscopice, a căror membrană conține pigment vizual. Ca la toate vertebratele, acest pigment este rodopsina- proteine ​​colorate complexe. Datorită suprafeței uriașe a acestor membrane, neuronul fotoreceptor conține un numar mare de molecule de rodopsina (de exemplu, în muștele de fructe Drosophila acest număr depășește 100 de milioane!).

Rabdomerii tuturor celulelor vizuale, combinate în rabdomși sunt fotosensibile, elemente receptor ale ochiului compus și toată retinula împreună constituie un analog al retinei noastre.

Aparatul de refracție la lumină și sensibil la lumină al fațetei este înconjurat de-a lungul perimetrului de celule cu pigmenți, care joacă rolul de izolare a luminii: datorită acestora, fluxul de lumină, atunci când este refractat, ajunge la neuronii unei singure ommatidie. Dar așa sunt aranjate fațetele în așa-numitul fotopic ochi adaptați la lumina strălucitoare a zilei.

Pentru speciile care duc un stil de viață crepuscular sau nocturn, ochii de alt tip sunt caracteristici - scotopică. Astfel de ochi au o serie de adaptări la un flux de lumină insuficient, de exemplu, rabdomeri foarte mari. În plus, în omatidiile unor astfel de ochi, pigmenții de izolare a luminii pot migra liber în interiorul celulelor, astfel încât fluxul de lumină poate ajunge la celulele vizuale ale ommatidiilor învecinate. Acest fenomen stă la baza așa-numitului adaptare întunecată ochi de insectă - sensibilitate crescută a ochiului în lumină slabă.

Când rabdomerii absorb fotonii luminii, impulsurile nervoase sunt generate în celulele retiniene, care sunt trimise de-a lungul axonilor către lobii optici perechi ai creierului insectelor. Fiecare lob optic are trei centre asociative, unde este procesat fluxul de informații vizuale care provin simultan din mai multe fațete.

De la unu la treizeci

Potrivit legendelor antice, oamenii aveau odată un „al treilea ochi” responsabil de percepția extrasenzorială. Nu există dovezi pentru acest lucru, dar aceeași lampredă și alte animale, cum ar fi șopârla cu smocuri și unii amfibieni, au organe neobișnuite sensibile la lumină în locul „greșit”. Și, în acest sens, insectele nu rămân în urma vertebratelor: pe lângă ochii compuși obișnuiți, au mici oceli suplimentari - ocelli situat pe suprafața frontoparietală și tulpini- pe părțile laterale ale capului.

Ocelli se găsesc în principal la insectele bine zburătoare: adulți (la speciile cu metamorfoză completă) și larve (la speciile cu metamorfoză incompletă). De regulă, acestea sunt trei ocelli aranjate sub formă de triunghi, dar uneori pot lipsi cel din mijloc sau două laterale. Structura ocelilor este similară cu ommatidia: sub o lentilă de refracție a luminii au un strat de celule transparente (analog cu un con cristalin) și o retină retiniană.

Stemmas pot fi găsite la larvele de insecte care se dezvoltă cu metamorfoză completă. Numărul și locația lor variază în funcție de specie: pe fiecare parte a capului pot fi de la unu la treizeci de ocelli. La omizi, șase ocele sunt mai frecvente, aranjate astfel încât fiecare dintre ele să aibă un câmp vizual separat.

În diferite ordine de insecte, stema poate diferi între ele ca structură. Aceste diferențe se datorează, probabil, originii lor din structuri morfologice diferite. Astfel, numărul de neuroni dintr-un ochi poate varia de la câteva unități la câteva mii. Desigur, acest lucru afectează percepția insectelor asupra lumii înconjurătoare: dacă unele dintre ele pot vedea doar mișcarea luminii și pete întunecate, apoi alții sunt capabili să recunoască dimensiunea, forma și culoarea obiectelor.

După cum vedem, atât stemele, cât și ommatidia sunt analogi ale unor fațete singulare, deși modificate. Cu toate acestea, insectele au alte opțiuni „de rezervă”. Astfel, unele larve (în special din ordinul Diptera) sunt capabile să recunoască lumina chiar și cu ochii complet umbriți folosind celule fotosensibile situate pe suprafața corpului. Și unele specii de fluturi au așa-numiții fotoreceptori genitali.

Toate aceste zone fotoreceptoare sunt structurate într-un mod similar și reprezintă un grup de mai mulți neuroni sub o cuticulă transparentă (sau translucidă). Datorită acestor „ochi” suplimentari, larvele de diptere evită spațiile deschise, iar fluturii femele le folosesc atunci când depun ouăle în zone umbrite.

Polaroid fațetat

Ce pot face ochii complexi ai insectelor? După cum se știe, orice radiație optică poate avea trei caracteristici: luminozitatea, gamă(lungime de undă) și polarizare(orientarea oscilațiilor componentei electromagnetice).

Insectele folosesc caracteristicile spectrale ale luminii pentru a înregistra și a recunoaște obiectele din lumea înconjurătoare. Aproape toate sunt capabile să perceapă lumina în intervalul 300-700 nm, inclusiv partea ultravioletă a spectrului, inaccesibilă vertebratelor.

De obicei, Culori diferite perceput diverse zone ochi compus insecte O astfel de sensibilitate „locală” poate varia chiar și în cadrul aceleiași specii, în funcție de sexul individului. Adesea, aceeași omatidie poate conține receptori de culoare diferiți. Deci, la fluturii din gen Papilio doi fotoreceptori au un pigment vizual cu un maxim de absorbție la 360, 400 sau 460 nm, încă doi la 520 nm, iar restul între 520 și 600 nm (Kelber și colab., 2001).

Dar asta nu este tot ce poate face ochiul insectei. După cum sa menționat mai sus, în neuronii vizuali, membrana fotoreceptoare a microvilozităților rabdomerale este pliată într-un tub cu secțiune transversală circulară sau hexagonală. Din acest motiv, unele molecule de rodopsina nu participă la absorbția luminii din cauza faptului că momentele de dipol ale acestor molecule sunt situate paralel cu calea fasciculului de lumină (Govardovsky și Gribakin, 1975). Ca urmare, microvilusul dobândește dicroism- capacitatea de a absorbi lumina diferit in functie de polarizarea acesteia. Creșterea sensibilității la polarizare a ommatidiumului este facilitată și de faptul că moleculele pigmentului vizual nu sunt situate aleatoriu în membrană, ca la om, ci sunt orientate într-o singură direcție și, în plus, sunt fixate rigid.

Dacă ochiul este capabil să distingă între două surse de lumină pe baza caracteristicilor lor spectrale, indiferent de intensitatea radiației, putem vorbi despre viziunea culorilor . Dar dacă face acest lucru fixând unghiul de polarizare, ca în acest caz, avem toate motivele să vorbim despre viziunea de polarizare a insectelor.

Cum percep insectele lumina polarizată? Pe baza structurii ommatidiumului, se poate presupune că toți fotoreceptorii trebuie să fie simultan sensibili atât la o anumită lungime(e) undelor luminoase, cât și la gradul de polarizare a luminii. Dar în acest caz pot exista probleme serioase- asa numitul percepția falsă a culorilor. Astfel, lumina reflectată de suprafața lucioasă a frunzelor sau a suprafeței apei este parțial polarizată. În acest caz, creierul, analizând datele fotoreceptorilor, poate face o greșeală în evaluarea intensității culorii sau a formei suprafeței reflectorizante.

Insectele au învățat să facă față cu succes acestor dificultăți. Astfel, la o serie de insecte (în primul rând muște și albine), se formează un rabdom în ommatidii care percep doar culoarea. tip închis, în care rabdomerii nu se contactează între ei. În același timp, au și ommatidie cu rabdome drepte obișnuite, care sunt și ele sensibile la lumina polarizată. La albine, astfel de fațete sunt situate de-a lungul marginii ochiului (Wehner și Bernard, 1993). La unii fluturi, distorsiunile în percepția culorii sunt eliminate datorită curburii semnificative a microvilozităților rabdomerilor (Kelber și colab., 2001).

La multe alte insecte, în special lepidoptera, rabdomele drepte obișnuite sunt păstrate în toate omatidiile, astfel încât fotoreceptorii lor sunt capabili să perceapă simultan atât lumina „colorată” cât și cea polarizată. Mai mult, fiecare dintre acești receptori este sensibil doar la un anumit unghi de polarizare de preferință și la o anumită lungime de undă a luminii. Această percepție vizuală sofisticată ajută fluturii să se hrănească și să depună ovipoziție (Kelber și colab., 2001).

Pământ necunoscut

Puteți să vă adânciți la nesfârșit în trăsăturile morfologiei și biochimiei ochiului de insectă și încă vă este greu să răspundeți la o întrebare atât de simplă și, în același timp, incredibil de complexă: cum văd insectele?

Este dificil pentru o persoană să-și imagineze chiar imaginile care apar în creierul insectelor. Dar trebuie remarcat faptul că este popular astăzi teoria mozaicului viziunii, conform căruia insecta vede imaginea sub forma unui fel de puzzle de hexagoane, nu reflectă în întregime cu exactitate esența problemei. Faptul este că, deși fiecare fațetă surprinde o imagine separată, care este doar o parte a întregii imagini, aceste imagini se pot suprapune cu imaginile obținute de la fațetele învecinate. Prin urmare, imaginea lumii obținută folosind ochiul uriaș al unei libelule, constând din mii de camere miniaturale cu fațete, și „modestul” ochi cu șase fațete al unei furnici va fi foarte diferită.

Cu privire la acuitate vizuala (rezoluţie, adică capacitatea de a distinge gradul de dezmembrare a obiectelor), apoi la insecte este determinată de numărul de fațete pe unitate suprafata convexa ochi, adică densitatea lor unghiulară. Spre deosebire de oameni, ochii insectelor nu au acomodare: raza de curbură a lentilei conducătoare de lumină nu se modifică. În acest sens, insectele pot fi numite miope: văd mai multe detalii cu cât sunt mai aproape de obiectul observației.

În același timp, insectele cu ochi compuși sunt capabile să distingă obiectele care se mișcă foarte rapid, ceea ce se explică prin contrastul lor ridicat și inerția scăzută. sistemul vizual. De exemplu, o persoană poate distinge doar aproximativ douăzeci de flash-uri pe secundă, dar o albină poate distinge de zece ori mai mult! Această proprietate este vitală pentru insectele care zboară rapid, care trebuie să ia decizii în zbor.

Imaginile color percepute de insecte pot fi, de asemenea, mult mai complexe și neobișnuite decât ale noastre. De exemplu, o floare care ni se pare albă ascunde adesea în petalele ei mulți pigmenți care pot reflecta lumină ultravioletă. Și în ochii insectelor polenizatoare, strălucește cu multe nuanțe colorate - indicii pe drumul către nectar.

Se crede că insectele „nu văd” culoarea roșie, care în „ formă pură„și este extrem de rar în natură (cu excepția plantelor tropicale polenizate de păsări colibri). Cu toate acestea, florile colorate în roșu conțin adesea alți pigmenți care pot reflecta radiația cu unde scurte. Și dacă considerați că multe insecte sunt capabile să perceapă nu trei culori primare, ca o persoană, ci mai multe (uneori până la cinci!), atunci imaginile lor vizuale ar trebui să fie pur și simplu o extravaganță de culori.

Și, în sfârșit, „al șaselea simț” al insectelor este viziunea de polarizare. Cu ajutorul lui, insectele reușesc să vadă în lumea din jurul lor ceea ce oamenii își pot face doar o idee vagă de a folosi filtre optice speciale. În acest fel, insectele pot determina cu precizie locația soarelui pe un cer înnorat și pot folosi lumina polarizată ca „busolă cerească”. Și insectele acvatice în zbor detectează corpurile de apă prin lumina parțial polarizată reflectată de la suprafața apei (Schwind, 1991). Dar ce fel de imagini „văd” este pur și simplu imposibil de imaginat pentru o persoană...

Oricine, dintr-un motiv sau altul, este interesat de viziunea insectelor poate avea o întrebare: de ce nu au dezvoltat un ochi de cameră asemănător cu la ochiul uman, cu pupilă, lentilă și alte dispozitive?

La această întrebare a primit odată un răspuns exhaustiv de remarcabilul fizician teoretician american, laureat Nobel R. Feynman: „Mai multe motive destul de interesante împiedică acest lucru. În primul rând, albina este prea mică: dacă ar avea un ochi asemănător cu al nostru, dar în mod corespunzător mai mic, atunci dimensiunea pupilei ar fi de ordinul a 30 de microni și, prin urmare, difracția ar fi atât de mare încât albina ar fi tot nu pot vedea mai bine. Prea mult ochi mic- Acest lucru nu este bun. Dacă un astfel de ochi are o dimensiune suficientă, atunci nu ar trebui să fie mai mic decât capul albinei în sine. Valoarea unui ochi compus constă în faptul că practic nu ocupă spațiu - doar un strat subțire pe suprafața capului. Așa că înainte de a da sfaturi unei albine, nu uita că are propriile ei probleme!

Prin urmare, nu este surprinzător că insectele și-au ales propria cale în cunoașterea vizuală a lumii. Și pentru a-l vedea din punctul de vedere al insectelor, ar trebui să dobândim ochi compuși uriași pentru a ne menține acuitatea vizuală obișnuită. Este puțin probabil ca o astfel de achiziție să ne fie utilă din punct de vedere evolutiv. Fiecare al lui!

Literatură
1. Tyshchenko V. P. Fiziologia insectelor. M.: facultate, 1986, 304 p.
2. Klowden M. J. Sisteme fiziologice la insecte. Academ Press, 2007. 688 p.
3. Nation J. L. Insect Physiology and Biochimie. Ediția a doua: CRC Press, 2008.

Atât muștele, cât și albinele au cinci ochi. Trei ochi simpli sunt localizați în partea superioară a capului (s-ar putea spune, pe coroană), iar doi ochi complexi, sau fațetați, sunt localizați pe părțile laterale ale capului. Ochii compuși ai muștelor, albinelor (precum fluturi, libelule și a altor insecte) fac obiectul unui studiu entuziast de către oamenii de știință. Cert este că aceste organe de vedere sunt aranjate într-un mod foarte interesant. Sunt formate din mii de hexagoane individuale sau, cu alte cuvinte, limbaj științific, fațete. Fiecare dintre fațete este un vizor în miniatură care oferă o imagine a unei părți separate a obiectului. Ochii compuși ai muștei au aproximativ 4.000 de fațete, albină lucrătoare- 5000, pentru o dronă - 8000, pentru un fluture - până la 17.000, pentru o libelulă - până la 30.000. Se pare că ochii insectelor trimit la creierul lor câteva mii de imagini ale părților individuale ale unui obiect, care, deși se contopesc într-o imagine a obiectului în ansamblu, dar tot acest obiect arată ca și cum ar fi fost făcut dintr-un mozaic.

De ce sunt necesari ochi compuși? Se crede că cu ajutorul lor insectele se orientează în zbor. În timp ce ochii simpli sunt proiectați să privească obiectele care se află în apropiere. Deci, dacă ochii compuși ai unei albine sunt îndepărtați sau acoperiți, aceasta se comportă ca și cum ar fi oarbă. Dacă ochii simpli sunt sigilați, atunci se pare că insecta are o reacție lentă.

1,2 -Ochi compuși (compuși) ai unei albine sau muște
3 -trei ochi simpli de albină sau muscă

Cinci ochi permit insectelor să acopere 360 ​​de grade, adică să vezi tot ce se întâmplă în față, pe ambele părți și în spate. Poate de aceea este atât de greu să te apropii de o muscă neobservată. Și dacă considerați că ochii compuși văd un obiect în mișcare mult mai bine decât unul staționar, atunci nu vă puteți întreba decât cum reușește uneori o persoană să lovească o muscă cu un ziar!

Capacitatea insectelor cu ochi compuși de a detecta chiar și cea mai mică mișcare este reflectată în următorul exemplu: dacă albinele și muștele se așează cu oamenii pentru a viziona un film, li se va părea că privitorii bipedi se uită la un cadru mult timp. înainte de a trece la următorul. Pentru ca insectele să vizioneze un film (și nu cadre individuale, ca o fotografie), filmul proiectorului trebuie rotit de 10 ori mai repede.

Ar trebui să invidiem ochii insectelor? Probabil ca nu. De exemplu, ochii unei muște văd multe, dar nu sunt capabili să privească îndeaproape. De aceea, ei descoperă mâncare (o picătură de dulceață, de exemplu) târându-se peste masă și lovindu-se literalmente de ea. Și albinele, datorită particularităților viziunii lor, nu disting culoarea roșie - pentru ele este neagră, gri sau albastră.

În timpul evoluției vederii, unele animale dezvoltă dispozitive optice destul de complexe. Acestea, desigur, includ ochi compuși. S-au format la insecte și crustacee, unele artropode și nevertebrate. Care este diferența ochi compus de la simplu, care sunt principalele sale funcții? Vom vorbi despre asta în materialul nostru astăzi.

Ochi compuși

Acesta este un sistem optic, raster, unde nu există o singură retină. Și toți receptorii sunt combinați în retinule (grupuri) mici, formând un strat convex care nu mai conține nicio terminație nervoasă. Astfel, ochiul este format din multe unități individuale - ommatidia, unite în sistem comun viziune.

Ochii compuși, inerenți acestora, diferă de cei binoculari (inerenți și oamenilor) prin definirea lor slabă a micilor detalii. Dar sunt capabili să distingă între fluctuațiile luminii (până la 300 Hz), în timp ce pentru oameni capabilitățile maxime sunt de 50 Hz. Și membrana acestui tip de ochi are o structură tubulară. Având în vedere acest lucru, ochii cu fațete nu au caracteristici de refracție precum hipermetropia sau miopia; conceptul de acomodare nu le este aplicabil.

Unele caracteristici structurale și vizuale

La multe insecte, acestea ocupă cea mai mare parte a capului și sunt practic nemișcate. De exemplu, ochii compuși ai unei libelule sunt formați din 30.000 de particule structura complexa. Fluturii au 17.000 de ommatidie, muștele au 4 mii, albinele au 5. Furnica lucrătoare are cel mai mic număr de particule - 100 de bucăți.

Binocular sau fațetă?

Primul tip de viziune vă permite să percepeți volumul obiectelor, micile detalii ale acestora, să estimați distanța până la obiecte și locația lor unul în raport cu celălalt. Cu toate acestea, oamenii sunt limitati la un unghi de 45 de grade. Dacă este necesară o analiză mai completă, globul ocular efectuează mișcare la nivel reflex (sau ne întoarcem capul în jurul axei). Ochii combinați sub formă de emisfere cu omatidie vă permit să vedeți realitatea înconjurătoare din toate părțile, fără a vă întoarce organele vizuale sau capul. Mai mult, imaginea pe care o transmite ochiul este foarte asemănătoare cu un mozaic: unul unitate structurală ochii percep un element separat și împreună sunt responsabili pentru recrearea imaginii complete.

Soiuri

Ommatidia au caracteristici anatomice, drept urmare proprietățile lor optice diferă (de exemplu, între diferite insecte). Oamenii de știință definesc trei tipuri de fațete:

Apropo, unele tipuri de insecte au tip mixt fațete organe ale vederii și multe, pe lângă cele pe care le luăm în considerare, au și ochi simpli. Deci, într-o muscă, de exemplu, pe părțile laterale ale capului există organe fațete pereche situate destul de dimensiuni mari. Și pe coroană există trei ochi simpli care îndeplinesc funcții auxiliare. Albina are aceeași organizare a organelor vizuale - adică doar cinci ochi!

La unele crustacee, ochii compuși par să stea pe tulpini mobile.

Iar unii amfibieni și pești au și un ochi suplimentar (parietal), care distinge lumina, dar are viziune de obiect. Retina sa este formată numai din celule și receptori.

Evoluții științifice moderne

ÎN În ultima vreme Ochii compuși sunt un subiect de studiu și de încântare pentru oamenii de știință. La urma urmei, astfel de organe de vedere, datorită structurii lor originale, oferă baza pentru invenții și cercetări științifice în lumea opticii moderne. Principalele avantaje sunt o imagine de ansamblu amplă asupra spațiului, dezvoltarea fațetelor artificiale, utilizate în principal în sisteme de supraveghere miniaturale, compacte, secrete.

ORGANE DE SIMT LA INSECTE

Organele de simț ale insectelor sunt intermediari între Mediul extern si corpul. În conformitate cu stimulii externi, sau iritanții, insectele efectuează anumite acțiuni care alcătuiesc comportamentul lor.

Organele de simț ale insectelor sunt simțul mecanic, auzul, simțul chimic, simțul hidrotermal și vederea.

Baza organelor de simț este formată din unități senzoriale nervoase - sensilla. Ele constau din două componente: o structură receptivă în piele și adiacentă celule nervoase. Sensilla iese deasupra suprafeței pielii sub formă de fire de păr, peri și conuri (Fig. 7).

Senzație mecanică. Reprezentat de mecanoreceptori. Aceștia sunt receptori, precum și structuri senzitive care percep șocul, poziția corpului, echilibrul acestuia etc. Receptorii tactili, sau tactili, sunt împrăștiați în tot corpul sub formă de simple sensilla cu senzori, adică. păr sensibil. O schimbare a poziției părului la contactul cu obiecte sau aer este transmisă celulei sensibile, unde are loc excitația, transmisă de-a lungul proceselor sale către centrul nervos.

Mecanoreceptorii includ, de asemenea, sensila în formă de clopot. Le lipsesc firele de păr sensibile și sunt încorporate în piele. Suprafața lor receptoră sub forma unui capac cuticular este situată pe suprafața cuticulei. Procesul tijei celulei sensibile - pinul - se apropie de capac de jos. Sensile în formă de clopot se găsesc pe aripi, cerci, picioare și tentacule. Ei percep șocuri corporale, îndoire și tensiune.

Mecanoreceptorii includ și organele cordotonale ca organe ale auzului. Neuronii lor se termină într-un știft în formă de tijă. Aceasta este o serie de sensile speciale întinse între două secțiuni ale cuticulei. Sensila cordotonală se numește scolopofore și constă din trei celule: neuron senzorial, capac și celule parietale.

Nu toate insectele au dezvoltat auzul. Ortoptere (lăcuste, lăcuste, greieri), cicadele cântătoare, unele gândaci și o serie de lepidoptere au receptori auditivi - organe timpanice. Aceste insecte ciripesc sau cântă. Organele timpanice sunt o colecție de scolopofori care sunt asociate cu zone ale cuticulei, care sunt prezentate ca timpan(Fig. 8).

La lăcuste, organele timpanice sunt situate pe părțile laterale ale primului segment abdominal, la lăcuste și greieri - pe tibia picioarelor din față (Fig. 9).

La țânțari, funcția organului auditiv este îndeplinită de organul lui Johnston. Pe cercul gândacilor și ortopterelor și pe corpul omizilor, neuronii sunt localizați pe firele de păr care detectează undele sonore.

Importanța organelor auditive:

– sunt percepute semnale provenite de la indivizi din propria specie, ceea ce asigură o legătură între sexe, i.e. aceasta este una dintre formele de localizare a semnalului sexual;

- preluați alte sunete (fluiere, sunete ascuțite, căutarea unei victime).

Senzație chimică. Servește pentru a percepe chimia mediului, și anume gustul și mirosul. Prezentat de chemoreceptori. Simțul mirosului percepe și analizează un mediu gazos cu o concentrație scăzută de substanță, iar gustul – un mediu lichid cu o concentrație mare. Chemoreceptor sensilla se prezintă sub formă de fire de păr, plăci sau conuri scufundate în corp. Pe antene, funcția olfactivă este îndeplinită de sensila placoidă și celoconică. Simțul mirosului este folosit de insecte pentru a căuta indivizi de sex opus, pentru a recunoaște indivizi din propria specie, pentru a găsi hrană și locuri pentru depunerea ouălor. Multe insecte secretă substanțe atractive - atractanți sexuali sau epagoni.

Gustul servește doar la recunoașterea alimentelor. Insectele disting 4 gusturi principale - dulce, amar, acru și sărat.

Majoritatea zaharurilor, precum glucoza, fructoza, maltoza și altele, atrag albinele și muștele chiar și la concentrații relativ scăzute; alte zaharuri, precum galactoza, manoza si altele, sunt recunoscute doar la concentratii mari, iar albinele le resping. Unii fluturi sunt foarte sensibili la zaharuri, distingându-se de apă curată soluție de zahăr cu o concentrație neglijabilă - 0,0027%.

Multe alte substanțe - acizi, săruri, aminoacizi, uleiuri și altele - pot fi respinse în concentrații mari, dar uneori soluții slabe Unii acizi și săruri au un efect atractiv.

Papilele gustative sunt localizate în primul rând pe gură, dar sunt posibile alte locații. Deci, la o albină, niște muște și un număr de fluturi în timpul zilei, ei sunt localizați pe labele picioarelor și se găsesc sensibilitate crescută; când partea plantară a picioarelor atinge soluția de zahăr, fluturele flămând reacționează desfăcându-și proboscisul. În cele din urmă, la albine și viespi pliate (Vespidae), acești receptori se găsesc și pe segmentele de capăt ale antenelor.

Gradul ridicat de dezvoltare a simțului chimic la insecte este un aspect esențial al fiziologiei lor și servește baza stiintifica la cercetarea şi aplicarea anumitor metode de control chimic al speciilor dăunătoare. În practica combaterii dăunătorilor se folosește metoda momelii, a cărei esență este aceea că anumite substanțe alimentare atrăgătoare sunt tratate cu otrăvuri și distribuite în locurile în care este concentrat dăunătorul; Astfel de momeli otrăvite sunt utilizate pe scară largă și cu mare succes în lupta împotriva lăcustelor. În lupta împotriva dăunătorilor, sunt căutate și substanțe atractive, sau atractanți.

Senzație de higrotermă. Este esențială în viața unui număr de insecte și, în funcție de condițiile de umiditate și de temperatura mediului ambiant, reglează comportamentul individului; de asemenea controlează echilibrul apeiși temperatura corpului. Receptorii corespunzători nu au fost studiați suficient, dar s-a stabilit că senzația de umiditate este localizată la unele insecte pe cap și anexele sale - antene și tentacule, iar senzația de căldură - pe antene, labe și alte organe. Percepția căldurii este foarte dezvoltată la insecte și specii individuale au propria lor zonă de temperatură optimă la care se străduiesc. Cu toate acestea, limitele optimului de temperatură depind de condițiile de temperatură și umiditate ale mediului în care s-a dezvoltat insecta, precum și de faza dezvoltării acesteia.

Viziune.Împreună cu simțul chimic, joacă probabil un rol decisiv în viața insectelor. Organele vederii au o structură complexă și sunt reprezentate de două tipuri de ochi: complexi și simpli (Fig. 10).

Orez. 10. Secțiune schematică (A) și fațete de pe suprafața (B) a unui ochi compus: 1 – cornee; 2 – con de cristal; 3 – celule retiniene.

Ochii compuși sau fațetați, doi dintre ei, sunt localizați pe părțile laterale ale capului, sunt adesea foarte dezvoltați și pot ocupa apoi o parte semnificativă a capului. Fiecare ochi compus este format din unități multivizuale - sensilla, care se numesc ommatidia; numărul lor într-un ochi compus poate ajunge la multe sute, precum și mii.

Omatidiul este format din trei tipuri de celule, formând părțile somatice, sensibile și pigmentare (Fig. 11). La exterior, fiecare ommatidium formează o celulă rotundă sau hexagonală pe suprafața ochiului - o fațetă, motiv pentru care ochii compuși își primesc numele. Partea optică sau refractivă a ommatidiumului constă dintr-o lentilă transparentă și un con de cristal transparent subiacent. Cristalinul sau corneea este în esență o cuticulă transparentă și de obicei arată ca o lentilă biconvexă. Conul de cristal este format din patru celule transparente alungite și, împreună cu lentila, formează un singur sistem optic - o lentilă cilindrică; lungimea axei sale optice depășește semnificativ diametrul acesteia. Partea sensibilă este situată sub cea optică, formează retina, sau retina, care percepe razele de lumină, și este formată dintr-o serie de celule retiniene. Aceste celule sunt alungite de-a lungul ommatidiumului, situate sectorial și formează căptușeala tijei sale centrale - tija optică sau rabdom. La baza lor, celulele retiniene trec în fibrele nervoase, mergând la lobii vizuali ai creierului. Partea pigmentară este formată din celule pigmentare, care împreună formează căptușeala părții sensibile și a conului de cristal; din aceasta cauza, fiecare omatidiu este izolat optic de cel vecin. În consecință, partea de pigment îndeplinește funcția unui aparat de izolare optică.

Insectele diurne au așa-numita viziune apozițională. Datorită izolării optice cu ajutorul celulelor pigmentare, fiecare ommatidium este transformat într-un tub subțire izolat; prin urmare, numai razele care trec prin lentilă și, în plus, doar care coincid strict cu axa longitudinală a ommatidiumului pot pătrunde în el. Aceste raze ajung la tija optică, sau rabdom; acesta din urmă este tocmai elementul perceptiv al retinei. În consecință, câmpul vizual al fiecărui ommatidium este foarte mic și vede doar o parte nesemnificativă a obiectului în cauză. Dar număr mare ommatidia vă permite să măriți dramatic câmpul vizual prin aplicare reciprocă unul față de celălalt sau apoziție; Ca rezultat, din cele mai mici părți individuale ale imaginii, se formează o singură imagine de ansamblu, ca într-un mozaic. Astfel, insectele au vedere mozaic.

Insectele nocturne și crepusculare au vedere prin suprapunere, care este asociat cu diferențele morfologice și fiziologice ale ommatidiilor lor. În ochiul de suprapunere, partea sensibilă este mai îndepărtată de partea optică, iar celulele pigmentare izolează în principal partea optică. Datorită acestui lucru tijă optică 2 tipuri de raze pătrund - drepte și oblice; primii intră în ommatidii prin lentilă, iar cei din urmă din omatidiile vecine, ceea ce sporește efectul de lumină. În consecință, imaginea unui obiect se obține în acest caz nu numai prin combinarea percepțiilor individuale, ci și prin suprapunerea lor, sau suprapunere.

În lumina puternică a zilei ochi de suprapunere capătă unele asemănări fiziologice cu ochiul apoziţional. Acest lucru se întâmplă deoarece pigmentul din celulele pigmentare începe să se miște în lumină și este distribuit astfel încât să formeze un tub întunecat în jurul ommatidiumului; Datorită acestui fapt, ommatidiile sunt aproape izolate optic unele de altele și primesc raze predominant de la cristalinul lor. Această capacitate a ochiului de a răspunde la gradul de iluminare poate fi considerată acomodare. Într-o oarecare măsură, este, de asemenea, caracteristic ochiului apozițional, care permite insectelor diurne să adapteze rapid ochiul la viziune în lumină puternică și la umbră, de exemplu, atunci când zboară dintr-un loc deschis într-o pădure.

Cu ajutorul ochilor compuși, insectele disting forma, mișcarea, culoarea și distanța față de un obiect, precum și lumina polarizată. Cu toate acestea, marea varietate de insecte, stilul și obiceiurile lor de viață, creează, fără îndoială, o varietate de caracteristici ale vederii lor. Acestea din urmă depind de caracteristicile structurale ale ochilor și de ommatidia lor; diametrul, lungimea, numărul acestora din urmă și alte proprietăți determină calitatea vederii. Se crede că multe specii sunt miope și pot distinge doar mișcarea la distanță. Acest lucru este confirmat de multe experimente. Astfel, larvele de libelule se grăbesc la prada în mișcare și nu observă prada staționară. O plasă plasată în fața cuibului de viespi cu celule care depășesc lungimea corpului încă blochează intrarea în cuib, dar după ceva timp viespile vor învăța să se târască prin celulele acestei ochiuri.

Majoritatea insectelor sunt oarbe la culoarea roșie, dar pot vedea radiații ultravioleteși sunt atrași de el; gama undelor de lumină vizibilă se află în intervalul 2500–8000 A. Albina are capacitatea de a distinge lumina polarizată emisă de cerul albastru, ceea ce îi permite să navigheze în spațiu atunci când zboară. O serie de insecte se caracterizează și prin modificări ale mișcării în funcție de direcția razelor solare, adică. Orientarea busolei solare. Esența acestui fenomen este că unghiul de incidență al razelor pe anumite părți ale retinei rămâne constant de ceva timp; mișcarea întreruptă se reia în același unghi, dar din cauza mișcării soarelui, direcția de mișcare se schimbă cu același număr de grade.

Strâns legată este mișcarea fotobusola, care explică sosirea insectelor nocturne la lumină. Razele de lumină diverg radial și atunci când se deplasează oblic în raport cu ele, unghiul de incidență a acestora se va modifica; Pentru a menține un unghi fix, insecta este forțată să-și schimbe în mod constant calea către sursa de lumină. Mișcarea urmează o spirală logaritmică și în cele din urmă conduce insecta la sursa de lumină în sine (Fig. 12).

Ochi simpli, sau ocelli, sunt situate între ochii compuși de pe frunte și coroană, sau numai pe coroană (Fig. 13). Sunt mici, numărând de obicei trei și dispuse într-un triunghi. Datorită poziției lor în vârful capului, ele sunt adesea numiți și ocelli dorsali. Din punct de vedere morfologic, ocelele nu corespund ommatidiilor ochilor compuși. Astfel, ei sunt inervați nu din lobii optici ai creierului, ci din partea de mijloc a protocerebrului. În plus, pentru o parte optică au o serie de părți sensibile. De asemenea, le lipsește un con de cristal și partea lor optică este reprezentată doar de o lentilă cuticulară, adică. o singură lentilă.

Nu toate insectele au ochi; în special, ele sunt absente la mulți diptere și fluturi. La insectele fără aripi sau cu aripi scurte, acestea sunt, de asemenea, absente sau rudimentare. Rolul lor nu este suficient de clar. S-a stabilit că, în mai multe forme, focalizarea ochiului se află în spatele părții sensibile, prin urmare nu poate exista percepție a imaginii în acest caz; Pictura peste ochi compuși face aceste insecte orbe. În același timp, există o legătură anatomică între nervii ocelari și nervii ochilor compuși, ceea ce indică existența conexiune funcționalăîntre aceste corpuri. Fără îndoială, ochii diferitelor insecte pot juca un rol diferit. În orice caz, pentru mulți au un efect reglator asupra ochilor compuși, asigurând stabilitatea vederii în condiții de intensitate luminoasă fluctuantă. La intensitate scăzută, ocelele sporesc reacția ochilor compuși, adică. devin segmente ale acestora din urmă; la niveluri ridicate, ele prezintă un efect inhibitor asupra ochilor compuși.

Ocelele laterale sau laterale, caracteristice larvelor de insecte cu metamorfoză completă, trebuie distinse de ocelele dorsale. Aceste ocelli, numite și steme, sunt situate pe părțile laterale ale capului în locul în care se găsesc ochii compuși la adulți. Numărul lor este diferit și chiar variabil în cadrul aceleiași specii. Unele specii au doar un ochi pe fiecare parte, în timp ce altele au șase sau mai multe perechi. Când o insectă se mută în stare adultă ocelul lateral se atrofiază și sunt înlocuiți cu ochi compuși.

Stemmata variază în detalii structurale, dar se caracterizează prin prezența unei lentile. Omizile fluture au, de asemenea, un con de cristal și este dezvoltat un singur rabdom, ceea ce face ca un astfel de ocelus să fie asemănător cu ommatidiumul unui ochi compus. Însă la larvele de muște, unii gândaci și alte insecte, mai multe sau chiar multe rabdome sunt prezente în ochi, iar conul de cristal poate fi absent. Acest lucru face ca astfel de stemmate să fie asemănătoare nu cu ommatidia, ci cu ocelul dorsal.

Ocelii laterali sunt inervați din lobii optici ai creierului și funcția lor vizuală este incontestabilă.

Unele insecte își păstrează capacitatea de a răspunde la lumină atunci când ochii și ocelele sunt îndepărtate sau acoperite cu lac negru; gandacii evita lumina, ca in instare buna, iar omizile mențin o reacție pozitivă și se deplasează spre sursa de lumină. Insectele din peșteră fără ochi pot, de asemenea, să răspundă la lumină. Evident, suprafața corpului lor este capabilă să sesizeze lumina și, prin urmare, putem vorbi despre fotosensibilitate cutanată.

Abilitatea de a vedea lumeaîn întregul spectru al culorilor și nuanțelor sale - cadou unic natura pentru om. Lumea culorilor pe care ochii noștri o pot percepe este strălucitoare și uimitoare. Dar omul nu este singura creatură vie de pe această planetă. Animalele și insectele văd și obiecte, culori, forme nocturne? Cum văd muștele sau albinele camera noastră, de exemplu, sau o floare?

ochi de insectă

Știința modernă, cu ajutorul unor instrumente speciale, a putut să vadă lumea prin ochii diferitelor animale. Această descoperire a devenit o senzație la vremea ei. Se pare că mulți dintre frații noștri mai mici, și în special insectele, văd o imagine complet diferită de cea pe care o vedem noi. Muștele măcar văd? Da, dar deloc așa, și se dovedește că noi și muștele, precum și alte creaturi zburătoare și târâtoare, par să trăim în aceeași lume, dar complet diferită.

Totul ține de Insecte, el nu este singur, sau mai degrabă, nu este complet singur. Ochiul unei insecte este o colecție de mii de fațete sau ommatidii. Arată ca niște lentile conice. Fiecare astfel de ommatidia vede o parte diferită a imaginii, accesibilă numai ei. Cum văd muștele? Imaginea pe care o observă arată ca o imagine asamblată dintr-un mozaic sau un puzzle.

Acuitatea vizuală a insectelor depinde de numărul de ommatidii. Cea mai văzută este libelula, are omatidie - aproximativ 30 de mii. Se văd și fluturi - aproximativ 17 mii, spre comparație: o muscă are 4 mii, o albină are 5. Cea mai deficientă de vedere este furnica, ochiul său conține doar 100 de fațete.

Apărare completă

O altă abilitate a insectelor care diferă de oameni este capacitatea de a vedea peste tot în jur. Lentila ochilor este capabilă să vadă totul la 360 o. Dintre mamifere, iepurele are cel mai mare unghi vizual - 180 de grade. De aceea este poreclit cel oblic, dar ce să faci dacă sunt atât de mulți dușmani. Leul nu se teme de dușmani, iar ochii lui privesc la mai puțin de 30 de grade din orizont. La insectele mici, natura a compensat lipsa de creștere cu capacitatea de a vedea pe toți cei care se strecoară pe ele. Ceea ce mai distinge percepția vizuală a insectelor este viteza cu care imaginea se schimbă. În timpul unui zbor rapid, reușesc să observe tot ceea ce oamenii nu pot vedea cu o asemenea viteză. De exemplu, cum văd muștele televizorul? Dacă ochii noștri ar fi ca ai unei muște sau al unei albine, ar trebui să învârtim filmul de zece ori mai repede. Este aproape imposibil să prinzi o muscă din spate; ea vede mișcarea mâinii mai repede decât apare. Un bărbat pare o țestoasă lentă pentru o insectă, iar o țestoasă pare o piatră în general nemișcată.

Culorile curcubeului

Aproape toate insectele sunt daltonice. Ei disting culorile, dar în felul lor. Este interesant că ochii insectelor și chiar ai unor mamifere nu percep deloc culoarea roșie sau o văd ca albastru sau violet. Pentru o albină, florile roșii par negre. Plantele care au nevoie de polenizare de albine nu înfloresc roșu. Cele mai multe culori strălucitoare sunt stacojiu, roz, portocaliu, visiniu, dar nu roșu. Acele rare care își permit o ținută roșie sunt polenizate într-un mod diferit. Aceasta este relația din natură. Este greu de imaginat cum au reușit oamenii de știință să descopere cum muștele văd culorile unei camere, dar se dovedește că culoarea lor preferată este galbenul, iar albastrul și verdele le irită. Pur si simplu. Pentru a avea mai puține muște în bucătărie, trebuie doar să o pictezi corect.

Pot muștele să vadă în întuneric?

Muștele, ca majoritatea insectelor zburătoare, dorm noaptea. Da, da, și ei au nevoie de somn. Dacă o muscă este alungată în mod constant și nu este lăsată să doarmă timp de trei zile, ea moare. Muștele văd prost în întuneric. Acestea sunt insecte cu ochi rotunzi, dar miop. Nu au nevoie de ochi pentru a găsi mâncare.

Spre deosebire de muște, albinele lucrătoare văd bine noaptea, ceea ce le permite să lucreze tura de noapte La fel. Noaptea, florile miros mai intens și sunt mai puțini competitori pentru nectar.

Ei văd bine noaptea, dar liderul neîndoielnic în viziune în întuneric este gândacul american.

Forma articolului

Percepția formei unui obiect de către diferite insecte este interesantă. Specificul este că s-ar putea să nu perceapă deloc forme simple, care nu sunt necesare pentru viabilitatea lor. Albinele și fluturii nu văd obiecte de forme simple, în special cele staționare, dar sunt atrase de tot ce are forme complexe de flori, mai ales dacă se mișcă sau se leagănă. Acest lucru explică, în special, faptul că albinele și viespile înțepă rareori o persoană care stă nemișcată și, dacă o fac, este în zona buzelor când vorbește (mișcându-și buzele). Muștele și alte insecte nu percep o persoană; se așează pe el pur și simplu în căutarea hranei, pe care o caută după miros și o văd cu senzori pe labe.

Caracteristicile generale ale vederii insectelor

• Numai fluturii pot distinge culoarea roșie - ei polenizează flori rare din această gamă.
• Toți ochii au o structură de fațetă, diferența fiind în numărul de ommatidii.
• Tricromazia, sau capacitatea de a transforma culorile în trei culori primare: violet, verde și ultraviolet.
• Capacitatea de a sparge și de a reflecta razele de lumină și de a vedea întreaga imagine a realității înconjurătoare.
• Abilitatea de a privi imagini care se schimbă foarte repede.
• Insectele pot naviga prin lumina soarelui, așa că molii se îngrămădesc la lampă.
• Vederea binoculară îi ajută pe prădătorii din lumea insectelor să determine cu exactitate distanțele până la prada lor.