Vederea la insecte. Ochii fațetați: prin ce se deosebesc de cei simpli? Cum vede o muscă lumea

Se crede că până la 90% din cunoștințele despre lumea exterioară o persoană le primește cu ajutorul viziunii sale stereoscopice. Iepurii de câmp au dobândit viziune periferică, datorită căreia pot vedea obiectele care se află 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, iar ochii unui șoim călător sunt recunoscuți ca fiind 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 ființe vii de pe Pământ - insectele? Alături de vertebrate, față de care pierd doar în ceea ce privește dimensiunea corpului, insectele sunt cele care au cea mai perfectă 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” - viziune polarizată.

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

A. Tarkovski (1983)

Este dificil să supraestimezi valoarea Sveta (radiatie electromagnetica spectru vizibil) pentru toți locuitorii planetei noastre. Lumina soarelui este principala sursă de energie pentru plantele și bacteriile fotosintetice și, indirect, prin ele - 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, bineînțeles, datorită percepției luminii de către organele de simț speciale, animalele primesc un semnificativ (și adesea chiar mai mult) despre majoritatea) informațiilor despre lumea din jurul lor, pot distinge forma și culoarea obiectelor, pot determina mișcarea corpurilor, pot naviga în spațiu etc.

Vederea este deosebit de importantă pentru animalele care sunt capabile să se miște activ în spațiu: odată cu apariția animalelor mobile, acestea au început să se formeze și să se îmbunătățească. aparatul vizual- cel mai complex dintre toate sistemele senzoriale cunoscute. Astfel de 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 ansamblu sunt mai primitive decât vertebratele, ca să nu mai vorbim de nivelul lor superior - mamiferele și, în mod natural, oamenii. Dar cât de diferite sunt percepțiile lor vizuale? Cu alte cuvinte, cât de diferită de lumea noastră, văzută prin ochii unei mici creaturi numite muscă?

Mozaic hexagonal

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

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

Ochiul compus arată ca un coș de floarea soarelui coaptă: este format dintr-un set de fațete ( ommatidian) - receptori autonomi de radiație luminoasă, având tot ce este necesar pentru reglarea fluxului luminos și formarea imaginii. Numărul de fațete variază foarte mult: de la câteva în coada perilor (ordinul Thysanura) la 30 de mii la 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 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 a unei cuticule transparente secretate de celule speciale, care este un fel de lentilă biconvexă hexagonală. Sub cornee la majoritatea insectelor există un con cristalin transparent, a cărui structură poate varia tipuri diferite. La unele specii, în special cele care duc un stil de viață nocturn, există structuri suplimentare în aparatul de refracție a luminii, care joacă în principal rolul acoperire antireflex si cresterea transmisiei luminii a ochilor.

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 - retinulus. 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 microscopice-vilozități, a căror membrană conține un pigment vizual. Ca toate vertebratele, acest pigment este rodopsina- o proteină complexă colorată. Datorită suprafeței uriașe a acestor membrane, neuronul fotoreceptor conține un numar mare de molecule de rodopsina (de exemplu, în musca fructelor Drosophila acest număr depășește 100 de milioane!).

Rabdomerii tuturor celulelor vizuale combinate în rabdomși sunt elemente receptoare sensibile la lumină ale ochiului compus, iar toate retinulele împreună constituie un analog al retinei noastre.

Aparatul de refracție la lumină și sensibil la lumină al fațetelor de-a lungul perimetrului este înconjurat de celule cu pigmenți, care joacă rolul de izolare a luminii: datorită acestora, fluxul de lumină, refract, cade pe neuronii unui singur ommatidiu. 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 un tip diferit sunt caracteristici - scotopică. Astfel de ochi au o serie de adaptări pentru o putere de lumină insuficientă, de exemplu, rabdomeri foarte mari. În plus, în omatidiile unor astfel de ochi, pigmenții de protecție a luminii pot migra liber în interiorul celulelor, datorită căruia fluxul de lumină poate ajunge la celulele vizuale ale ommatidiilor învecinate. Acest fenomen stă la baza așa-numitului adaptare întunecată ochi de insectă - o creștere a sensibilității ochiului la lumină slabă.

Când fotonii de lumină sunt absorbiți de către rabdomeri, impulsurile nervoase sunt generate în celulele retiniene, care sunt trimise de-a lungul axonilor către lobii vizuali perechi ai creierului insectelor. În fiecare lob vizual există trei centre asociative, unde se realizează procesarea fluxului de informații vizuale, provenind simultan din mai multe fațete.

Unu la treizeci

Potrivit legendelor antice, oamenii aveau cândva un „al treilea ochi” responsabil de percepția extrasenzorială. Nu există dovezi pentru acest lucru, dar aceeași lampredă și alte animale, cum ar fi șopârla tuatara și unii amfibieni, au organe neobișnuite sensibile la lumină în locul „greșit”. Și, în acest sens, insectele nu rămân în urmă vertebratelor: în plus față de ochii compuși obișnuiți, au ochi suplimentari mici - ocelli situat pe suprafata fronto-parietala, si stemma- 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, aceștia sunt trei ochi situati sub forma unui triunghi, dar uneori cei mediani unul sau doi laterali pot fi absenți. În structură, ocelele sunt asemănătoare cu ommatidia: sub o lentilă de refracție a luminii, au un strat de celule transparente (analog cu un con cristalin) și o retină retiniană.

Stemma poate fi găsită în larvele de insecte care se dezvoltă cu metamorfoză completă. Numărul și locația lor variază în funcție de specie: de la unul la treizeci de oceli pot fi localizați pe fiecare parte a capului. La omizi, șase ochi sunt mai des întâlniți, aranjați astfel încât fiecare dintre ei să aibă un câmp vizual separat.

În diferite ordine de insecte, stema poate diferi între ele ca structură. Aceste diferențe sunt posibil asociate cu originea 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 lumii înconjurătoare de către insecte: 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 putem vedea, atât stemma, cât și ommatidia sunt analogi ale unor fațete unice, 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 cu ajutorul celulelor fotosensibile situate pe suprafața corpului. Și unele tipuri de fluturi au așa-numiții fotoreceptori genitali.

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

Polaroid fațetat

De ce sunt capabili ochii complexi ai insectelor? După cum știți, orice radiație optică are trei caracteristici: luminozitate, spectru(lungime de undă) și polarizare(orientarea oscilațiilor componentei electromagnetice).

Insectele folosesc caracteristica spectrală a 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, diferiți receptori de culoare pot fi găsiți în aceeași omatidie. 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 de la 520 la 600 nm (Kelber și colab., 2001).

Dar asta nu este tot ce poate face ochiul insectei. După cum sa menționat mai sus, în neuronii optici, membrana fotoreceptoare a microvilozităților rabdomerului este încolăcită într-un tub rotund sau hexagonal. Din acest motiv, unele dintre moleculele de rodopsina nu participă la absorbția luminii din cauza faptului că momentele de dipol ale acestor molecule sunt paralele cu calea fasciculului de lumină (Govardovsky, Gribakin, 1975). Ca urmare, microvilusul dobândește dicroism- capacitatea de a absorbi lumina diferit in functie de polarizarea acesteia. O creștere a sensibilității la polarizare a ommatidiumului este facilitată și de faptul că moleculele pigmentului vizual nu sunt dispuse 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 polarizării insectelor.

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

Insectele au învățat să facă față cu succes acestor dificultăți. Deci, la o serie de insecte (în primul rând muște și albine), în ommatidii care percep doar culoarea, se formează un rabdom. tip închis, în care rabdomerii nu se contactează între ei. În același timp, au și ommatidie cu rabdoame drepte obișnuite, care sunt, de asemenea, sensibile la lumina polarizantă. 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 rabdomerului (Kelber și colab., 2001).

La multe alte insecte, în special la Lepidoptera, rabdomele directe 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 complexă ajută fluturii să se hrănească și să depună ouă (Kelber și colab., 2001).

pământ necunoscut

Se poate adânci la nesfârșit în trăsăturile morfologiei și biochimiei ochiului de insectă și totuși este dificil să răspunzi 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 toată lumea ar trebui să observe că este popular astăzi teoria viziunii mozaic, conform căreia insecta vede imaginea sub forma unui fel de puzzle de hexagoane, nu reflectă 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 cu ajutorul unui ochi uriaș de libelulă, constând din mii de camere miniaturale cu fațete și un ochi de furnică „modest” cu șase fațete, va varia foarte mult.

Cu privire la acuitate vizuala (rezoluţie, adică capacitatea de a distinge gradul de disecție 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 ei. În acest sens, insectele pot fi numite miope: văd cu cât mai multe detalii, cu atât 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, iar o albină - de zece ori mai multe! Această proprietate este vitală pentru insectele care zboară rapid, care trebuie să ia decizii direct 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 de culoare roșie conțin adesea alți pigmenți care pot reflecta radiația cu lungime de undă scurtă. Și având în vedere că multe dintre 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 doar o extravaganță de culori.

Și, în cele din urmă, „al șaselea simț” al insectelor este viziunea polarizată. Cu ajutorul lui, insectele reușesc să vadă în lumea din jurul lor ceea ce o persoană își poate face doar o idee vagă cu ajutorul filtrelor optice speciale. Insectele în acest fel pot localiza cu precizie soarele 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” în același timp, este pur și simplu imposibil pentru o persoană să-și imagineze ...

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

Un fizician teoretician american remarcabil a răspuns odată exhaustiv la această întrebare, Laureat Nobel R. Feynman: „Există mai multe motive destul de interesante pentru aceasta. 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 încă nu ar putea. vezi mai bine. Prea mult ochi mic- nu e foarte bine. Dacă un astfel de ochi are o dimensiune suficientă, atunci nu ar trebui să fie mai mic decât capul albinei în sine. Valoarea ochiului 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 de mirare că insectele și-au ales propria cale în cunoașterea vizuală a lumii. Da, iar noi, pentru a-l vedea din punctul de vedere al insectelor, ar trebui să dobândim ochi compuși uriași pentru a menține acuitatea vizuală obișnuită. Este puțin probabil ca o astfel de achiziție să ne fie utilă din punct de vedere al evoluției. 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 coroana capului) și doi complecși, sau fațetați, 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 foarte interesante. Ele sunt formate din mii de hexagoane individuale, sau mai bine zis limbaj științific, fațete. Fiecare dintre fațete este un ochi 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 câteva mii de imagini ale părților individuale ale unui obiect către creierul lor, care, deși se contopesc într-o imagine a obiectului în ansamblu, dar toate, cu excepția acestui obiect, arată ca și cum ar fi fost făcute dintr-un mozaic.

De ce ai nevoie de ochi compusi? Se crede că cu ajutorul lor insectele se orientează în zbor. În timp ce ochii simpli sunt proiectați pentru a examina obiectele care sunt aproape. Deci, dacă o albină îndepărtează sau lipește ochii compuși, atunci se comportă ca o albină oarbă. Dacă ochii simpli sunt lipiți, atunci se pare că insecta are o reacție lentă.

1,2 -Ochi fațetați (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, din ambele părți și din spate. Poate de aceea este atât de greu să te apropii de o muscă nedetectată. Și dacă considerați că ochii compuși văd un obiect în mișcare mult mai bine decât unul staționar, atunci nu se poate decât să se întrebe cum reușește uneori o persoană să lovească o muscă cu un ziar!

Particularitatea insectelor cu ochi compuși pentru a prinde chiar și cea mai mică mișcare este afișată în următorul exemplu: dacă albinele și muștele se așează cu oamenii pentru a viziona un film, atunci li se va părea că privitorii bipedi privesc 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 răsucit de 10 ori mai repede.

Merită să invidiezi 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, din cauza particularităților vederii lor, nu disting roșu - pentru ele este negru, gri sau albastru.

În procesul de evoluție a 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 de astăzi.

Ochi fațetați

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 separate - ommatidia, combinate în sistem comun viziune.

Ochii sunt compuși, inerenți și diferă de binoculari (inerenti și la oameni) prin definirea slabă a detaliilor mici. Dar sunt capabili să distingă vibrațiile ușoare (până la 300 Hz), în timp ce pentru o persoană capacitățile de limitare sunt 50 Hz. Și membrana acestui tip de ochi are o structură tubulară. Având în vedere acest lucru, ochii compuși nu au caracteristici de refracție precum hipermetropia sau miopia; conceptul de acomodare nu le este aplicabil.

Câteva caracteristici ale structurii și viziunii

La multe insecte, acestea ocupă cea mai mare parte a capului și sunt practic nemișcate. De exemplu, ochii cu fațete ai unei libelule sunt formați din 30.000 de particule, formând structura complexa. Fluturii au 17.000 de ommatidii, o muscă are 4.000, iar o albină are 5. Cel mai mic număr de particule dintr-o furnică lucrătoare este de 100 de bucăți.

Binocular sau fațetat?

Primul tip de viziune vă permite să percepeți volumul obiectelor, micile detalii ale acestora, să estimați distanțele până la obiecte și locația lor unul în raport cu celălalt. Cu toate acestea, o persoană este limitată 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 compuși sub formă de emisfere cu ommatidie vă permit să vedeți realitatea înconjurătoare din toate părțile, fără a întoarce organele vederii sau capul. Mai mult, imaginea pe care o transmite în acest caz 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, la diferite insecte). Oamenii de știință definesc trei tipuri de fațete:

Apropo, unele tipuri de insecte au tip mixt organe ale vederii fațetate și multe, pe lângă cele considerate de noi, au și ochi simpli. Deci, într-o muscă, de exemplu, pe părțile laterale ale capului sunt destul de pereche organe fațete dimensiuni mari. Și în partea de sus a capului sunt trei ochi simpli care îndeplinesc funcții auxiliare. Albina are aceeași organizare a organelor vederii - adică doar cinci ochi!

La unele crustacee, ochii compuși, parcă, stau pe tulpini mobile.

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

Evoluții științifice moderne

LA timpuri recente ochii compuși sunt subiectul studiului și al încântării oamenilor de știință. La urma urmei, astfel de organe de vedere, datorită structurii lor originale, dau naștere invențiilor și cercetărilor științifice în lumea opticii moderne. Principalele avantaje sunt o vedere largă a spațiului, dezvoltarea fațetelor artificiale, utilizate în principal în sisteme de supraveghere miniaturale, compacte, secrete.

SENSORI LA INSECTE

Organele de simț la insecte sunt mediatoare între Mediul externși organism. În conformitate cu stimulii externi, sau stimulii, insectele efectuează anumite acțiuni care le formează comportamentul.

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

Baza organelor de simț sunt unitățile nervoase sensibile - sensilla. Ele constau din două componente: o structură de percepție în piele și adiacentă celule nervoase. Sensilla iese deasupra suprafeței pielii sub formă de păr, peri, conuri (Fig. 7).

senzație mecanică. Prezentat de mecanoreceptori. Aceștia sunt receptori, precum și structuri senzitive care percep comoția, poziția corpului, echilibrul acestuia etc. Receptorii tactili, sau tactili, sunt împrăștiați în tot corpul sub formă de sensile simple cu senzori, adică. păr sensibil. O schimbare a poziției părului la contactul cu obiecte sau aer este transmisă unei celule sensibile, unde are loc excitația, transmisă prin procesele sale la 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 corpul tremurând, îndoit, tensiune.

Printre mecanoreceptori se numără 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 este formată din trei celule: neuron senzorial, capac și celule parietale.

Auzul nu este dezvoltat la toate insectele. Ortoptere (lăcuste, lăcuste, greieri), cicadele cântece, unele gândaci și o serie de lepidoptere au receptori auditivi - organele timpanului. Aceste insecte ciripesc sau cântă. Organele timpanului sunt o colecție de scolopofori care sunt asociate cu zone ale cuticulei, care sunt prezentate ca timpan(Fig. 8).

La lăcuste și greieri, organele timpanului sunt situate pe părțile laterale ale primului segment al abdomenului, la lăcuste și greieri, sunt situate pe tibia picioarelor anterioare (Fig. 9).

La țânțari, organul Johnston îndeplinește funcția organelor auditive. Pe cercul gandacilor si ortopterelor, si pe corpul omizilor, pe firele de par sunt neuroni care capteaza undele sonore.

Valoarea organelor auzului:

- sunt percepute semnale provenite de la indivizi din propria specie, ceea ce asigura legatura dintre sexe, i.e. aceasta este una dintre formele de localizare a semnalului sexual;

- captați alte sunete (fluieraturi, un sunet ascuțit, căutarea unei victime).

senzație chimică. Servește pentru a percepe chimia mediului, și anume gustul și mirosul. Reprezentat de chemoreceptori. Simțul mirosului percepe și analizează un mediu gazos cu o concentrație scăzută a unei substanțe, iar gustul - un mediu lichid cu o concentrație mare a acestuia. 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 servește insectelor să caute indivizi de sex opus, să recunoască indivizi din propria specie, să găsească hrană și locuri pentru depunerea ouălor. Multe insecte secretă substanțe atrăgătoare - atractanți sexuali sau epagoni.

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

Majoritatea zaharurilor, precum glucoza, fructoza, maltoza și altele, atrag albinele și muștele chiar și la o concentrație relativ scăzută; alte zaharuri, precum galactoza, manoza și altele, sunt recunoscute doar la concentrații mari, iar albinele le resping. Unii fluturi sunt foarte sensibili la zaharuri, diferit de apa pura o soluție de zahăr cu o concentrație nesemnificativă - 0,0027%.

Multe alte substanțe - acizi, săruri, aminoacizi, uleiuri și altele - pot fi respinse la concentrație mare, dar uneori soluții slabe unii acizi și săruri au un efect atractiv.

Papilele gustative sunt localizate în principal pe părțile bucale, dar este posibilă și cealaltă localizare a acestora. Deci, la o albină, niște muște și o serie de fluturi diurni, se află pe labele picioarelor și găsesc sensibilitate crescută; când partea plantară a labelor atinge soluția de zahăr, fluturele flămând reacționează prin desfășurarea proboscisului. În cele din urmă, la albine și la viespi pliate (Vespidae), acești receptori au fost găsiți și pe segmentele terminale ale antenelor.

Un grad ridicat de dezvoltare a simțului chimic la insecte este un aspect esențial al fiziologiei lor și servește baza stiintificaîn căutarea şi aplicarea anumitor metode de control chimic al speciilor dăunătoare. În practica combaterii dăunătorilor se folosește metoda de momeală, 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 combaterea lăcustelor. În lupta împotriva dăunătorilor se caută și substanțe atrăgătoare, sau atractanți.

Senzație de higrotermă. Este esentiala in viata unui numar de insecte si, in functie de conditiile de umiditate si temperatura mediului ambiant, regleaza comportamentul individului; de asemenea controlează echilibrul apeiși temperatura corpului. Receptorii corespunzători nu au fost studiați suficient, dar s-a stabilit că la unele insecte senzația de umiditate este localizată pe cap și anexele acestuia - antene și tentacule, senzația de căldură - pe antene, labe și alte organe. Percepția căldurii este foarte dezvoltată la insecte și anumite tipuri au propria lor zonă de temperatură optimă la care aspiră. 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, probabil joacă un rol decisiv în viața insectelor. Organele vederii au o structură complexă și sunt reprezentate de două feluri de ochi: complexi și simpli (Fig. 10).

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

Ochii compuși sau fațetați, inclusiv doi, sunt localizați pe părțile laterale ale capului, adesea foarte puternic dezvoltați, și apoi pot ocupa o parte semnificativă a capului. Fiecare ochi compus este format din unități multi-viziune - 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 care formează părțile somatice, senzoriale și pigmentate (Fig. 11). În exterior, fiecare ommatidium formează o celulă rotunjită sau hexagonală pe suprafața ochiului - o fațetă, motiv pentru care ochii compuși și-au primit numele. Partea optică sau refractivă a ommatidiumului constă dintr-o lentilă transparentă și un con de cristal transparent aflat sub ea. Cristalinul sau corneea este în esență o cuticulă transparentă și de obicei are aspectul unei lentile biconvexe. Conul de cristal este format din patru celule alungite transparente și, împreună cu lentila, formează un singur sistem optic - o lentilă cilindrică; lungimea axei sale optice este mult mai mare decât diametrul acesteia. Partea sensibilă este situată sub optic, 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, dispuse sectorial și formează o căptușeală a tijei sale centrale, tijei optice sau rabdomului. La baza lor, celulele retiniene se contopesc în fibrele nervoase conducând 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 ceea ce se numește viziune apozițională. Datorită izolării optice prin intermediul celulelor pigmentare, fiecare ommatidium este redus la un tub subțire izolat; prin urmare, numai razele care trec prin cristalin și, în plus, doar care coincid strict cu axa longitudinală a omatidiului pot pătrunde în el. Aceste raze ajung la bastonul vizual, sau rabdom; acesta din urmă este tocmai elementul perceptor al retinei. În consecință, câmpul vizual al fiecărui ommatidium este foarte mic și vede doar o parte nesemnificativă a obiectului luat în considerare. Dar număr mare ommatidium vă permite să măriți dramatic câmpul vizual prin aplicare reciprocă unul față de celălalt sau apoziții; ca urmare, 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 diferențe morfologice și fiziologice între ommatidiile lor. În ochiul de suprapunere, partea sensibilă este mai îndepărtată de partea optică, iar celulele pigmentare izolează în principal partea optică. Datorită acestui fapt lui bagheta vizuală 2 tipuri de raze pătrund - drepte și oblice; primii intră în omatidiu prin lentilă, în timp ce cei din urmă intră din omatidiu vecin, ceea ce sporește efectul de lumină. În consecință, imaginea obiectului se obține în acest caz nu numai prin combinarea percepțiilor individuale, ci și prin suprapunerea, sau suprapunerea lor.

În lumina puternică a zilei ochi de suprapunere capătă o oarecare asemănare fiziologică cu ochiul apoziţional. Acest lucru se întâmplă deoarece pigmentul din celulele pigmentare în lumină începe să se miște și este distribuit în așa fel încât să formeze un tub întunecat în jurul omatidiului; din această cauză, ommatidiile sunt aproape izolate optic unele de altele și primesc razele în principal de la cristalinul lor. Această capacitate a ochiului de a răspunde la gradul de iluminare poate fi privită ca 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 între formă, mișcare, culoare și distanța față de un obiect, precum și lumina polarizată. Cu toate acestea, o mare varietate de insecte, modul lor de viață și obiceiurile, fără îndoială, creează 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 miop și la distanță disting doar mișcarea. Acest lucru este confirmat de multe experimente. Deci, larvele de libelule se grăbesc spre prada în mișcare și nu o observă pe cea nemișcată. O plasă plasată în fața cuibului de viespi cu celule care depășesc lungimea corpului încă blochează intrarea în cuib, dar după un timp viespile vor învăța să se târască prin celulele acestei ochiuri.

Majoritatea insectelor sunt orb la roșu, dar pot vedea radiații ultravioleteși sunt atrași de ei; gama undelor de lumină vizibilă se află în intervalul 2500-8000 A. Albina a descoperit 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 printr-o schimbare a mișcării în funcție de direcția razelor solare, adică. orientarea busolei solare. Esența acestui fenomen constă în faptul că unghiul de incidență al razelor pe anumite părți ale retinei rămâne constant de ceva timp; miscarea intrerupta se reia in acelasi unghi, dar datorita deplasarii soarelui, directia de miscare se schimba cu acelasi numar de grade.

Aproape este mișcarea luminii-compas, care explică sosirea insectelor nocturne în lumină. Razele luminoase diverg radial iar 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 final, conduce insecta către sursa de lumină în sine (Fig. 12).

ochi simpli, sau ocelli, sunt situate între ochii compuși de pe frunte și vârf, sau numai pe vârf (Fig. 13). Sunt mici, de obicei trei la număr și aranjate într-un triunghi. Datorită poziției lor în partea superioară a capului, ele sunt adesea numite și oceli dorsali. Din punct de vedere morfologic, ocelele nu corespund ommatidiilor ochilor compuși. Deci, ele sunt inervate nu din lobii vizuali ai creierului, ci din partea de mijloc a protocerebrului. În plus, au o serie de părți sensibile pentru o parte optică. De asemenea, le lipsește un con de cristal și partea lor optică este reprezentată doar de o lentilă cuticulară, adică. cu un singur cristal.

Ochii sunt departe de a fi dezvoltați la toate insectele, în special, ei sunt absenți la multe 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, în acest caz, percepția imaginii nu poate fi; pictarea peste ochi compuși face aceste insecte orbi. În același timp, există o legătură anatomică între nervii oculari 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, în multe au un efect reglator asupra ochilor compuși, asigurând stabilitatea vederii în condiții de intensitate luminoasă fluctuantă. La intensitatea sa scăzută, ocelele sporesc reacția ochilor compuși, adică. devin segmente ale acestora din urmă, la mare - ele prezintă un efect inhibitor asupra ochilor compuși.

Ocelul dorsal trebuie distins de ocelul lateral sau lateral, care sunt caracteristici larvelor de insecte cu metamorfoză completă. Aceste ocelli, numite și steme, sunt situate pe părțile laterale ale capului în locul în care se află 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 trece în maturitate ocelul lateral se atrofiază și sunt înlocuiți cu ochi compuși.

Stemmas sunt diverse 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 ochi să fie asemănător cu ochiul compus ommatidium. Dar în larvele muștelor, unii gândaci și alte insecte, există mai multe sau chiar multe rabdome în ocelul, iar conul de cristal poate fi absent. Acest lucru face ca astfel de stemmate să fie asemănătoare nu cu ommatidia, ci cu ocelul dorsal.

Ocelele laterale sunt inervate din lobii vizuali ai creierului iar functia lor vizuala este incontestabila.

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

Capacitatea de a vedea lumeaîn întregul spectru al culorilor și nuanțelor sale - cadou unic natura pentru om. Lumea culorilor pe care ochii noștri sunt capabili să o perceapă este strălucitoare și uimitoare. Dar omul nu este singura ființă 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 reușit 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 pe care o observăm. Muștele văd deloc? Da, dar deloc așa, și se dovedește că noi și muștele, și alți zburători și târători, par să trăim în aceeași lume, dar sunt complet diferiți.

Totul este despre În insecte, el nu este singur, sau mai degrabă, nu este chiar singur. Ochiul unei insecte este o colecție de mii de fațete sau ommatidii. Arată ca niște lentile conice. Fiecare astfel de ommatidium vede o parte diferită a imaginii, accesibilă doar lui. Cum văd muștele? Imaginea pe care o observă este 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 cu deficiențe de vedere este o furnică, ochiul său conține doar 100 de fațete.

Apărare completă

O altă abilitate a insectelor, care este diferită de cea umană, este posibilitatea unei vederi circulare. Lentila ochilor poate vedea totul la 360 de grade. Dintre mamifere, iepurele are cel mai mare unghi de vedere - 180 o. Prin urmare, el este poreclit oblic și ce să facă dacă există atât de mulți dușmani. Leul nu se teme de dușmani, iar ochii lui privesc la mai puțin de 30 în jurul orizontului. La insectele mici, natura a compensat lipsa de creștere prin capacitatea de a vedea pe toți cei care se strecoară pe ele. Ce altceva distinge percepția vizuală a insectelor este viteza de schimbare a imaginii. În timpul unui zbor rapid, reușesc să observe tot ceea ce oamenii nu pot vedea la 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 undarea mâinii mai repede decât se întâmplă. Un bărbat pare a fi o țestoasă lentă, iar o țestoasă este, în general, o piatră nemișcată.

Culorile curcubeului

Aproape toate insectele sunt daltonice. Ei disting culorile, dar în felul lor. Interesant este că ochii insectelor și chiar ai unor mamifere nu percep deloc roșul sau îl văd ca albastru, 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 văd muștele culorile camerei, dar se dovedește că culoarea lor preferată este galbenul, iar albastrul și verdele le enervează. Asta e. 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, 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 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 de asemenea. Noaptea, florile sunt mai parfumate și sunt mai puțini rivali pentru nectar.

Ei văd bine noaptea, dar gândacul american este recunoscut drept liderul fără îndoială în viziunea în întuneric.

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, fluturii nu văd obiecte de forme simple, mai ales nemișcate, dar sunt atrași de tot ce are forme complexe de flori, mai ales dacă se mișcă, se leagănă. Acest lucru explică, în special, faptul că albinele și viespile înțepă rareori o persoană care stă nemișcată și, dacă înțeapă, atunci în zona buzelor atunci când vorbește (își mișcă 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.
• Structura ochiului este toată fațetată, diferența este 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 vizualiza imagini care se schimbă foarte repede.
• Insectele pot naviga raza de soare, așa că fluturii de noapte se adună la lampă.
• Vederea binoculară ajută insectele de pradă să determine cu exactitate distanța până la prada lor.