Ochi simpli și compuși. organele vizuale ale insectelor

Să revenim la biologie. Ochiul uman nu este în niciun caz singurul tip de ochi. Deși ochii aproape tuturor vertebratelor sunt similari cu cei ai oamenilor, găsim multe alte tipuri de ochi la animalele inferioare. Nu avem timp să le discutăm. Dar printre nevertebrate (de exemplu, la insecte) există și tipuri de ochi foarte dezvoltate; aceasta este complex, sau cu fațete, ochi. (Majoritatea insectelor, pe lângă ochii compuși mari, au și ochi simpli, sau ocelli.) Vederea albinei a fost studiată cu cea mai mare atenție. Este ușor să studiem trăsăturile viziunii albinelor, pentru că, după cum știți, acestea sunt atrase de miere și putem face experimente untând hârtie albastră sau roșie cu miere, de exemplu, și observând care dintre ele va atrage albina. Prin această metodă au fost descoperite trăsături foarte interesante ale vederii albinei.

În primul rând, când încearcă să stabilească cât de clar vede albina diferența dintre două bucăți de hârtie „albă”, unii cercetători au descoperit că nu o vede foarte bine, în timp ce alții, dimpotrivă, că o face al naibii de bine. Chiar dacă au fost luate două bucăți de hârtie aproape identice, albina le-a distins totuși. O bucată de hârtie, de exemplu, a fost albită cu alb de zinc, iar cealaltă cu plumb și, deși ambele arătau exact la fel, albina le-a distins, deoarece reflectă diferit lumina ultravioletă. Astfel, s-a descoperit că ochiul albinei este sensibil la lungimi de undă mai scurte decât ochiul uman. Ochii noștri văd în intervalul de la 7000 la 4000 Å, de la roșu la violet, iar albinele pot vedea până la 3000 Å, adică în regiunea ultravioletă! Și acest lucru dă naștere la o serie de efecte foarte interesante. În primul rând, albinele disting între multe flori care ni se par exact la fel. Nu este nimic surprinzător; pentru că florile nu înfloresc deloc pentru a ne bucura ochii. Ele servesc drept momeală pentru albine, un fel de semnal că aici este miere. Toată lumea știe că există o mulțime de flori „albe”. Culoarea pe care noi pare alb, aparent, albinele nu văd, pentru că s-a dovedit că diferitele flori albe nu se reflectă ultraviolet razele sunt la fel de pline pe cât fac Adevărat Flori albe. Nu toată lumina care cade pe ea este reflectată de la un obiect alb, razele ultraviolete se pierd, iar acest lucru este exact la fel ca și pentru noi pierderea de albastru, adică dobândirea de galben. Deci, toate florile albe par colorate albinelor. Totuși, știm și că albinele nu văd roșu. Deci, putem presupune că florile roșii par negre pentru albine? Nimic de genul asta! Un studiu atent al culorilor roșii arată că, în primul rând, chiar și ochii noștri sunt capabili să distingă o ușoară nuanță albăstruie în marea majoritate a culorilor roșii, cauzată de reflexia suplimentară a celor mai multe dintre ele albastru, care se află în zona vizibilă de albine. În plus, experimentele arată că florile diferă prin capacitatea lor de a reflecta ultravioletele diverse părți petale etc. Deci, dacă am putea vedea florile așa cum le văd albinele, le-am găsi și mai frumoase și mai diverse!

Cu toate acestea, s-a constatat că există astfel de flori roșii care nu reflecta albastru sau raze ultraviolete deci ar trebui pare albine negre! Acest lucru, într-o oarecare măsură, explică nedumerirea acelor oameni care sunt foarte preocupați de această problemă: la urma urmei, culoarea neagră nu pare atrăgătoare și este dificil să o deosebești de o umbră groasă și murdară. Așa se dovedește de fapt: albinele nu ajunge pentru aceste flori. Dar le plac la fel de mici pasărea Colibri; Se pare că aceste păsări pot vedea foarte bine roșul!

O altă latură interesantă a vederii albinei. Privind o bucată cer albastruși fără să vadă soarele însuși, se pare că albina încă poate determina unde se află soarele. Pentru noi nu este atât de ușor. Privește pe fereastră la cer. Vezi că este albastru. În ce direcție este soarele acum? Albina poate spune acest lucru deoarece este foarte sensibilă la direcție. polarizat lumină, dar lumina reflectată din cer polarizat. Cum reușește este încă dezbătut: fie pentru că împrăștierea luminii este diferită în diferite circumstanțe, fie dacă ochii albinei sunt direct sensibili la direcția luminii polarizate. Cel mai recent, s-au obținut date despre sensibilitatea directă a ochiului albinei.

Se mai spune că albina este capabilă să distingă fulgerări individuale de lumină cu o frecvență de 200 de ori la 1 însămânțare, în timp ce noi distingem doar 20 de fulgere. In stup albinele se misca foarte repede; își mișcă labele, bat din aripi, dar ochii noștri abia au timp să urmărească toate aceste mișcări. Acum, dacă am putea distinge pâlpâirea mai rapidă, atunci altă problemă. Aparent, este foarte important pentru o albină ca ochii săi să aibă o reacție atât de rapidă.

Acum să vorbim despre ce este, de fapt, acuitatea vizuală a unei albine? Ochiul albinei este complex; este format dintr-un număr imens de ochi speciali numiți ommatidia, care sunt situate pe o suprafață aproape sferică pe părțile laterale ale capului insectei.

în fig. 36.7 arată un omatidiu. În vârful ei se află o zonă transparentă, un fel de „cristalină”, dar în realitate este mai mult ca un filtru, forțând lumina să treacă de-a lungul unei fibre înguste, unde, aparent, este absorbită. O fibră nervoasă se îndepărtează de la celălalt capăt. Fibra nervoasă centrală are șase celule pe laterale, din care, de fapt, pleacă. Pentru scopurile noastre, această descriere este suficientă; principalul lucru este că celula are o formă conică și multe astfel de celule, adiacente una cu cealaltă, formează suprafața ochiului albinei.

Să vedem acum care este rezoluția unui astfel de ochi. Să trasăm o linie (Fig. 36.8), reprezentând schematic omatidiul, pe suprafața ochiului, pe care o vom considera o sferă cu raza r . Vom încerca acum calculati lățimea fiecărui ommatidium, pentru care ne vom încorda puțin mintea iute și vom presupune că natura este la fel de iute ca și noi! Dacă omatidiul este foarte mare, atunci rezoluția nu poate fi mare. Cu alte cuvinte, un ommatidium primește informații despre o direcție, ommatidiumul vecin despre alta și așa mai departe, iar obiectele care cad în gol, albina nu va putea vedea suficient de bine. Astfel, incertitudinea acuității vizuale a ochiului este, fără îndoială, asociată cu dimensiunea unghiulară a capătului omatidiului în raport cu centrul de curbură al ochiului. (De fapt, ochii sunt doar pe suprafața capului.) Dar unghiul de la un ommatidium la altul este, desigur, diametrul ommatidium împărțit la raza de curbură a suprafeței ochiului:

F IG. 36.7. Structura ommatidiumului.

Deci, putem spune: „Cu cât valoarea lui  este mai mică, cu atât acuitatea vizuală este mai mare.

F IG. 36.8. Schema de distribuție a ommatidiilor pe suprafața ochiului unei albine.

Dar de ce natura nu i-a dat albinei omatidie foarte, foarte mici?” Ca răspuns, putem spune următoarele: cunoaștem deja fizica suficient de bine pentru a înțelege că atunci când se încearcă trecerea luminii printr-o fantă îngustă, din cauza difracției, este imposibil să se vadă suficient de bine într-o direcție dată, deoarece lumina va intra acolo din direcții diferite, adică din toate direcțiile din interiorul unghiului  d astfel încât

(36.2)

Acum este clar că dacă b este luat prea mic, fiecare omatidiu, din cauza difracției, va vedea în mai multe direcții! Dar dacă faceți valoarea lui  prea mare, atunci deși toată lumea va privi în aceeași direcție, vor fi prea puține pentru a obține o imagine suficient de detaliată. Astfel, trebuie să alegem o astfel de distanță d, astfel încât efectul total al acestor două mecanisme să fie minim. Dacă adăugăm două expresii și găsim locul în care suma are un minim, obținem

(36.3)

ceea ce dă distanța

(36.4)

Cărțile indică un diametru egal cu 30 mk. După cum puteți vedea, acordul este destul de bun! Este clar că acest mecanism este cel care determină dimensiunea ochiului albinei și este destul de accesibil înțelegerii noastre. Înlocuind acum numărul rezultat din (36.1), este ușor de determinat care este rezoluția unghiulară a ochiului albinei. Se dovedește a fi foarte rău în comparație cu ochiul uman. Suntem capabili să vedem lucruri care par a fi de treizeci de ori mai mici decât vede o albină. Deci, în comparație cu o persoană, imaginea unei albine este destul de neclară, nefocalizată.

F IG. 36.9. Dimensiune optimă ommatidia, egal m .

Cu toate acestea, așa este, și pur și simplu nu poate conta pe mai mult. Se pune firesc întrebarea: de ce nu ar trebui o albină să aibă un ochi ca al nostru, cu lentilă și toate celelalte? 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 redus în mod corespunzător, atunci dimensiunea pupilei ar fi de aproximativ 30 mk,și prin urmare difracția ar fi atât de mare încât albina tot nu ar vedea mai bine. Prea mult ochi mic- nu e foarte bine. Apoi, dacă faci ochiul mare, ca capul unei albine, atunci ar ocupa tot capul. La urma urmei, valoarea ochiului compus constă în faptul că practic nu ocupă spațiu - doar un strat subțire pe suprafața capului albinei. Asa ca inainte de a da sfaturi unei albine, nu uita ca aceasta are propriile ei probleme!

Chiar și în copilăria timpurie, mulți dintre noi am pus întrebări atât de aparent banale despre insecte, cum ar fi: câți ochi are musca comuna de ce un păianjen învârte o pânză, iar o viespe poate mușca.

Știința entomologiei are răspunsuri la aproape oricare dintre ele, dar astăzi vom apela la cunoștințele cercetătorilor naturii și comportamentului pentru a aborda întrebarea ce este sistemul vizual de acest fel.

În acest articol, vom analiza cum vede o muscă și de ce este atât de greu să pălmuiești această insectă enervantă cu un zgâietor de muște sau să o prinzi cu palma de perete.

rezident în cameră

Musca de casă sau musca de casă aparține familiei muștelor adevărate. Și, deși subiectul recenziei noastre se referă la toate speciile fără excepție, ne vom permite, pentru comoditate, să luăm în considerare întreaga familie folosind exemplul acestei specii foarte familiare de paraziți acasă.

Musca comună este o insectă externă foarte neremarcabilă. Are o colorație cenușiu-neagră a corpului, cu unele note de galben în partea inferioară a abdomenului. Lungimea unui adult depășește rar 1 cm.Insecta are două perechi de aripi și ochi compuși.

Ochi compuși - ce rost are?

Sistemul vizual al muștei este format din două ochi mari situat de-a lungul marginilor capului. Fiecare dintre ei are structura complexași constă din multe fațete hexagonale mici, de unde și numele acestui tip de viziune ca fațetă.

În total, ochiul muștei are mai mult de 3,5 mii dintre aceste componente microscopice în structura sa. Și fiecare dintre ei este capabil să capteze doar o mică parte din imaginea generală, transmițând informații despre mini-imaginea primită către creier, care colectează împreună toate puzzle-urile acestei imagini.

Dacă comparați vederea fațetă și vederea binoculară, pe care o are o persoană, de exemplu, vă puteți asigura rapid că scopul și proprietățile fiecăreia sunt diametral opuse.

Animalele mai dezvoltate tind să-și concentreze vederea pe o anumită zonă îngustă sau pe obiect specific. Pentru insecte, este important nu atât să vezi un anumit obiect, cât să navighezi rapid în spațiu și să observi apropierea pericolului.

De ce este atât de greu de prins?

Acest dăunător este într-adevăr foarte greu de luat prin surprindere. Motivul nu este doar reacția crescută a insectei în comparație cu persoană lentăși capacitatea de a decola aproape instantaneu. În principal așa nivel inalt Reacția se datorează percepției în timp util a creierului acestei insecte a schimbărilor și mișcărilor în raza de vizualizare a ochilor săi.

Vederea muștei îi permite să vadă aproape 360 ​​de grade. Acest tip de viziune se mai numește și panoramică. Adică, fiecare ochi oferă o vedere de 180 de grade. Acest dăunător este aproape imposibil de luat prin surprindere, chiar dacă îl abordezi din spate. Ochii acestei insecte vă permit să controlați întregul spațiu din jurul ei, oferind astfel o apărare vizuală completă sută la sută.

Mai sunt ceva caracteristică interesantă percepția vizuală printr-o paletă de culori. La urma urmei, aproape toate speciile percep diferit anumite culori care sunt familiare ochilor noștri. Unele dintre ele insecte nu se disting deloc, altele le par diferit, în alte culori.

Apropo, pe lângă doi ochi compuși, musca mai are trei ochi simpli. Sunt situate în intervalul dintre cele fațetate, pe partea frontală a capului. Spre deosebire de ochii compuși, acești trei sunt folosiți de insecte pentru a recunoaște unul sau altul obiect în imediata apropiere.

Astfel, la întrebarea câți ochi are o muscă obișnuită, putem răspunde acum în siguranță - 5. Două fațete complexe, împărțite în mii de omatidii (fațete) și concepute pentru cel mai amplu control asupra schimbărilor. mediu inconjuratorîn jurul lui și trei ochi simpli, permițând, după cum se spune, să se concentreze.

Vedere asupra lumii

Am spus deja că muștele sunt daltonice și fie nu disting toate culorile, fie văd obiecte familiare nouă în alte tonuri de culoare. De asemenea, această specie este capabilă să distingă ultravioletele.

De asemenea, trebuie spus că, pentru toată unicitatea viziunii lor, acești dăunători practic nu văd în întuneric. Noaptea, musca doarme, deoarece ochii ei nu permit acestei insecte să facă comerț în întuneric.

Și totuși acești dăunători tind să perceapă bine doar obiectele mai mici și în mișcare. O insectă nu face distincție între obiecte atât de mari ca o persoană, de exemplu. Pentru o muscă, aceasta nu este altceva decât o altă parte a interiorului mediului.

Dar apropierea unei mâini de o insectă este perfect surprinsă de ochii ei și dă prompt semnalul necesar creierului. La fel ca orice alt pericol care se apropie rapid, nu va fi dificil pentru acești necinstiți, datorită sistemului de urmărire sofisticat și fiabil pe care le-a oferit natura.

Concluzie

Așa că am analizat cum arată lumea prin ochii unei muște. Acum știm că acești dăunători omniprezent, ca toate insectele, au un uimitor aparatul vizual, permițându-le să nu-și piardă vigilența și, în timpul zilei, să mențină apărarea de observație completă sută la sută.

Vederea muștei comune seamănă cu un sistem complex de urmărire, inclusiv mii de mini-camere de supraveghere, fiecare dintre acestea oferind insectei informații în timp util despre ceea ce se întâmplă în raza imediată.

Organele vederii sunt dezvoltate la majoritatea insectelor. atinge cea mai mare dezvoltare ochi compuși sau compuși . Numărul de elemente vizuale - ommatidia, sau fațete, în ochiul unei muște de casă ajunge la 4 mii, iar la libelule chiar 28 mii. Omatidiul constă dintr-o lentilă transparentă, sau cornee, sub forma unei lentile biconvexe și a unui cristal transparent. con întins sub el. Împreună fac sistem optic. Sub con se află retina, care percepe razele de lumină. celule retiniene conectate fibrele nervoase cu lobii vizuali ai creierului. Fiecare ommatidium este înconjurat de celule pigmentare.

În funcție de percepția luminii intensitate diferită Distingeți tipurile de ochi cu apoziție și suprapunere. Primul tip de structură a ochilor este caracteristic insectelor diurne, al doilea - nocturn.

LA ochi de apoziție fiecare ommatidium este izolat în partea sa superioară de pigmentul din omatidii vecine. Astfel, fiecare unitate structurală ochiul lucrează separat de toți ceilalți, percepând doar „propria” parte a spațiului exterior. Imaginea de ansamblu se formează în creierul unei insecte, ca din multe bucăți dintr-un mozaic.

LA ochi de suprapunere ommatidiile sunt doar parțial, deși pe toată lungimea, protejate de razele laterale: sunt semipermeabile. Pe de o parte, interferează cu insectele în lumină intensă, pe de altă parte, le ajută să vadă mai bine la amurg.

Ocelli (ochi simpli dorsali)- acestea sunt mici organe de vedere pe care unii adulți le au și sunt de obicei situate în vârful capului. De obicei, prezentate în valoare de trei, în timp ce unul se află ușor în față și încă două - în spatele și în lateralul față. Nu conțin ommatidium, structura ochilor simpli este mult simplificată. În exterior, se află corneea, constând din celule rădăcinoase, mai adânc este aparatul de percepere a luminii al celulelor retiniene (sensibile), și mai jos sunt celulele pigmentare care trec în fibrele nervului optic.

Dintre toate soiurile de ochi de insecte, ochii simpli au cea mai slabă capacitate de a vedea. Potrivit unor rapoarte, ei nu îndeplinesc deloc o funcție vizuală și sunt doar responsabili pentru îmbunătățirea funcției ochilor compuși. Acest lucru, în special, este dovedit de faptul că insectele practic nu au ochi simpli în absența celor complecși. În plus, atunci când pictează peste ochi compuși, insectele încetează să se orienteze în spațiu, chiar dacă au ochi simpli bine definiți.

Stemmas, sau ochi laterali simpli- sunt prezente la larvele de insecte cu metamorfoză completă. În timpul stadiului de pupă, ele se „transformează” în ochi compusi. Îndeplinesc o funcție vizuală, dar, datorită structurii simplificate, văd relativ slab. Pentru a îmbunătăți vederea, ocele larvare sunt adesea prezentate în larve în cantitate de mai multe bucăți. La larvele de mușcă seamănă cu cele dorsale, iar la omizile de fluturi seamănă cu ommatidiile oculare compuse. Omizile percep forma obiectelor, disting mici detalii pe suprafața lor.

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.

Multe insecte au ochi compuși complecși, constând din numeroși ochi individuali - ommatidia. Insectele văd lumea ca și cum ar fi asamblată dintr-un mozaic. Majoritatea insectelor sunt „miope”. Unele dintre ele, precum musca diopside, pot fi văzute la o distanță de 135 de metri. Fluture - și ea are cel mai mult vedere acută printre insectele noastre - nu vede mai mult de doi metri, iar albina nu vede nimic deja la o distanță de un metru. Insecte ai căror ochi sunt formați din un numar mare ommatidia, sunt capabili să observe cea mai mică mișcare în jurul lor. Dacă un obiect își schimbă poziția în spațiu, atunci și reflectarea lui în ochii compuși își schimbă locația, mișcând un anumit număr de ommatidii, iar insecta observă acest lucru. Ochii compuși joacă un rol imens în viața insectelor prădătoare. Datorită acestei structuri a organelor vizuale, insecta își poate concentra ochii asupra obiectului dorit sau îl poate observa doar cu o parte din ochiul compus. Interesant este că moliile navighează cu ajutorul vederii și zboară mereu spre sursa de lumină. Azimutul ochilor lor în raport cu lumina luniiîntotdeauna sub 90°.

viziunea culorilor

Pentru a vedea o anumită culoare, ochiul insectei trebuie să perceapă undele electromagnetice o anumită lungime. Insectele percep bine atât undele de lumină ultrascurte și ultralungi, cât și culorile spectrului vizibil. ochiul uman. Se știe că o persoană vede culori de la roșu la violet, dar ochiul său nu este capabil să perceapă radiații ultraviolete- valuri mai lungi decât roșii și mai scurte decât violet. insectele văd lumină ultravioletă, dar nu distingeți culorile spectrului roșu (doar fluturii văd roșu). De exemplu, o floare de mac este percepută de insecte ca fiind incoloră, dar pe alte culori, insectele văd modele ultraviolete care sunt chiar greu de imaginat pentru o persoană. Insectele navighează prin aceste modele în căutarea nectarului. Aripile de fluture au, de asemenea, modele ultraviolete care sunt invizibile pentru oameni. Albinele fac distincție între astfel de culori: verde-albăstrui, violet, galben, albastru, violet de albine și ultraviolete. Insectele sunt, de asemenea, capabile să navigheze folosind lumina polarizată. La trecerea prin atmosfera Pământului, un fascicul de lumină este refractat și, ca urmare a faptului că are loc polarizarea luminii, pe zone diferite cer, lungimile de undă sunt diferite. Datorită acestui fapt, chiar și atunci când soarele nu este vizibil din cauza norilor, insecta determină cu precizie direcția.

Fapte interesante

Larvele unor gândaci au dezvoltat ochi simpli, datorită cărora văd bine și scapă de prădători. Gândacii adulți dezvoltă ochi compuși, dar vederea lor nu este mai bună decât cea a larvelor. Ochii compuși complecși se găsesc nu numai la insecte, ci și la unele crustacee, cum ar fi crabii și homarii. În loc de lentile în ommatidia, au oglinzi în miniatură. Pentru prima dată, oamenii au putut să privească lumea prin ochii unei insecte în 1918 datorită savantului german Eksner. Numărul de ochi mici la insecte (în funcție de specie) variază de la 25 la 25 000. Ochii insectelor, cum ar fi gândacii care plutesc la suprafața apei, sunt împărțiți în două părți: top parte servește pentru a vedea în aer, iar cel de jos - sub apă. Ochii compuși ai insectelor nu văd la fel de bine ca ochii păsărilor și mamiferelor, deoarece nu sunt capabili să transmită detalii fine (insectele pot avea de la 25 la 25.000 de fațete). Dar ei percep obiectele care se mișcă bine și înregistrează chiar și acele culori care sunt inaccesibile ochiului uman.