Zložité zložené oči hmyzu sa skladajú z jednotlivých očí. Zmyslové orgány hmyzu

Z pohľadu hmyzu

Predpokladá sa, že až 90% vedomostí o vonkajšom svete človek získava pomocou svojho stereoskopického videnia. Zajace získali bočné videnie, vďaka ktorému môžu vidieť predmety umiestnené na boku a dokonca aj za nimi. U hlbokomorských rýb môžu oči zaberať až polovicu hlavy a parietálne „tretie oko“ mihule umožňuje dobrú navigáciu vo vode. Hady vidia len pohybujúci sa objekt, no oči sokola sťahovavého sú uznávané ako najbdelejšie na svete, schopné vystopovať korisť z výšky 8 km!

Ako však vidia svet predstavitelia najväčšej a najrozmanitejšej triedy živých tvorov na Zemi – hmyzu? Spolu so stavovcami, ktorým sú podriadené iba veľkosťou tela, je to hmyz, ktorý má najpokročilejšie videnie a zložité optické systémy oka. Hoci zložené oči hmyz nemá akomodáciu, v dôsledku čoho sa dá nazvať krátkozrakým, na rozdiel od ľudí však dokáže rozlíšiť extrémne rýchlo sa pohybujúce objekty. A vďaka usporiadanej štruktúre ich fotoreceptorov majú mnohé z nich skutočný „šiesty zmysel“ – polarizované videnie

Vízia mizne - moja sila,
Dve neviditeľné diamantové oštepy...
A. Tarkovskij (1983)

Je ťažké preceňovať dôležitosť Sveta (elektromagnetická radiácia viditeľné spektrum) pre všetkých obyvateľov našej planéty. Slnečné svetlo slúži ako hlavný zdroj energie pre fotosyntetické rastliny a baktérie a nepriamo cez ne pre všetky živé organizmy zemskej biosféry. Svetlo priamo ovplyvňuje tok všetkej rozmanitosti životné procesy zvierat, od rozmnožovania až po sezónne zmeny farby. A samozrejme, vďaka vnímaniu svetla špeciálnymi zmyslovými orgánmi, zvieratá dostávajú značnú (a často aj väčšinu) informácií o svete okolo seba, dokážu rozlišovať tvar a farbu predmetov, určovať pohyb tiel. , orientovať sa v priestore a pod.

Vízia je dôležitá najmä pre zvieratá schopné aktívneho pohybu v priestore: práve so vznikom mobilných zvierat sa vízia začala formovať a zlepšovať. zrakový prístroj- najkomplexnejší zo všetkých známych zmyslové systémy. Medzi tieto zvieratá patria stavovce a medzi bezstavovce - hlavonožce a hmyzu. Práve tieto skupiny organizmov sa môžu pochváliť najzložitejšími orgánmi zraku.

Zrakový aparát týchto skupín sa však výrazne líši, rovnako ako vnímanie obrazov. Predpokladá sa, že hmyz je vo všeobecnosti primitívnejší v porovnaní so stavovcami, nehovoriac o ich najvyššej úrovni - cicavce a prirodzene aj ľudí. Ale ako odlišné sú ich vizuálne vnemy? Inými slovami, je svet videný očami malého stvorenia zvaného mucha veľmi odlišný od toho nášho?

Mozaika šesťuholníkov

Zrakový systém hmyzu sa v zásade nelíši od ostatných zvierat a pozostáva z periférnych orgánov zraku, nervových štruktúr a útvary centrál nervový systém. Ale čo sa týka morfológie zrakových orgánov, tu sú rozdiely jednoducho markantné.

Každý pozná komplex fazetovaný hmyzie oči, ktoré sa nachádzajú v dospelom hmyze alebo v larvách hmyzu vyvíjajúcich sa s neúplná transformácia, teda bez štádia kukly. Z tohto pravidla nie je veľa výnimiek: sú to blchy (rad Siphonaptera), vejáriky (rad Strepsiptera), väčšina strieborných rybiek (čeľaď Lepismatidae) a celá trieda kryptognatánov (Entognatha).

Zložené oko vyzerá ako košík zrelej slnečnice: pozostáva zo sady faziet ( ommatídia) – autonómne prijímače svetelného žiarenia, ktoré majú všetko potrebné na reguláciu svetelného toku a vytváranie obrazu. Počet faziet sa veľmi líši: od niekoľkých štetinových chvostov (rad Thysanura) až po 30 tisíc u vážok (rad Aeshna). Prekvapivo sa počet ommatídií môže meniť aj v rámci jednej systematickej skupiny: napríklad množstvo druhov sysľov žijúcich na otvorených priestranstvách má dobre vyvinuté zložené oči s veľké množstvo ommatídia, zatiaľ čo u zemných chrobákov žijúcich pod kameňmi sú oči značne redukované a pozostávajú z malého počtu ommatídií.

Horná vrstva Ommatídia je reprezentovaná rohovkou (šošovkou) - úsekom priehľadnej kutikuly vylučovanej špeciálnymi bunkami, čo je druh šesťhrannej bikonvexnej šošovky. Pod rohovkou väčšiny hmyzu je priehľadný kryštalický kužeľ, ktorého štruktúra sa môže líšiť odlišné typy. U niektorých druhov, najmä tých, ktoré sú nočné, sú v aparáte lámacom svetlo ďalšie štruktúry, ktoré zohrávajú najmä úlohu antireflexná vrstva a zvýšenie priepustnosti svetla oka.

Obraz vytvorený šošovkou a kryštálovým kužeľom dopadá na fotosenzitívny sietnice(vizuálne) bunky, ktoré sú neurónom s krátkym chvostovým axónom. Niekoľko buniek sietnice tvorí jeden valcový zväzok - sietnica. Vo vnútri každej takejto bunky, na strane smerujúcej dovnútra, sa nachádza ommatidium rabdomér- špeciálna formácia mnohých (až 75-100 tisíc) mikroskopických klkových trubíc, ktorých membrána obsahuje vizuálny pigment. Ako u všetkých stavovcov, aj tento pigment je rodopsín- komplexná farebná bielkovina. Vďaka obrovskej ploche týchto membrán obsahuje neurón fotoreceptora veľké množstvo molekuly rodopsínu (napríklad v ovocných muškách). Drosophila toto číslo presahuje 100 miliónov!).

Rabdoméry všetkých zrakových buniek, spojené do rabdom a sú fotosenzitívne, receptorové prvky zloženého oka a celá sietnica spolu tvoria analóg našej sietnice.

Svetlolomný a svetlocitlivý aparát fazety je po obvode obklopený bunkami s pigmentmi, ktoré zohrávajú úlohu svetelnej izolácie: vďaka nim sa svetelný tok pri lámaní dostane do neurónov iba jednej ommatídie. Ale takto sú fazety usporiadané v tzv fotopický oči prispôsobené jasnému dennému svetlu.

Druhy, ktoré vedú súmrak alebo nočný životný štýl, sa vyznačujú očami iného typu - skotopický. Takéto oči majú množstvo prispôsobení nedostatočnému svetelnému toku, napríklad veľmi veľké rabdoméry. Okrem toho v ommatídiách takýchto očí môžu pigmenty izolujúce svetlo voľne migrovať v bunkách, takže svetelný tok môže dosiahnuť zrakové bunky susedných ommatídií. Tento jav je základom tzv temná adaptácia hmyzie oči - zvýšená citlivosť oka pri slabom osvetlení.

Keď rabdoméry absorbujú svetelné fotóny v bunkách sietnice, nervové impulzy, ktoré sú posielané pozdĺž axónov do párových optických lalokov mozgu hmyzu. Každý optický lalok má tri asociatívne centrá, v ktorých sa spracováva tok vizuálnych informácií súčasne pochádzajúcich z mnohých faziet.

Od jednej do tridsať

Podľa starých legiend mali ľudia kedysi „tretie oko“ zodpovedné za mimozmyslové vnímanie. Neexistujú na to žiadne dôkazy, ale tá istá mihuľa a iné zvieratá, ako napríklad jašterica chochlatá a niektoré obojživelníky, majú nezvyčajné orgány citlivé na svetlo na „nesprávnom“ mieste. A v tomto zmysle hmyz nezaostáva za stavovcami: okrem obvyklých zložených očí majú malé ďalšie ocelli - ocelli umiestnené na frontoparietálnom povrchu, a stonky- po stranách hlavy.

Ocelli sa nachádzajú hlavne u dobre lietajúceho hmyzu: dospelých jedincov (u druhov s úplnou metamorfózou) a lariev (u druhov s neúplnou metamorfózou). Spravidla ide o tri ocelli usporiadané do tvaru trojuholníka, niekedy však môže chýbať stredný alebo dva bočné. Štruktúra ocelli je podobná ommatídii: pod šošovkou lámacou svetlo majú vrstvu priehľadných buniek (analogicky kryštalického kužeľa) a sietnicu sietnice.

Stonky možno nájsť v larvách hmyzu, ktoré sa vyvíjajú s úplnou metamorfózou. Ich počet a umiestnenie sa líši v závislosti od druhu: na každej strane hlavy môže byť od jedného do tridsať ocelli. U húseníc je bežnejších šesť ocelli, usporiadaných tak, že každý z nich má samostatné zorné pole.

V rôznych rádoch hmyzu sa stonka môže navzájom líšiť v štruktúre. Tieto rozdiely sú pravdepodobne spôsobené ich pôvodom z rôznych morfologických štruktúr. Počet neurónov v jednom oku sa teda môže pohybovať od niekoľkých jednotiek až po niekoľko tisíc. Prirodzene to ovplyvňuje vnímanie okolitého sveta hmyzom: ak niektoré z nich vidia iba pohyb svetla a tmavé škvrny, potom sú ostatní schopní rozpoznať veľkosť, tvar a farbu predmetov.

Ako vidíme, stonky aj ommatídie sú analógmi jednotlivých faziet, aj keď modifikované. Hmyz má však aj iné „záložné“ možnosti. Niektoré larvy (najmä z radu Diptera) sú teda schopné rozoznať svetlo aj pri úplne zatienených očiach pomocou fotosenzitívnych buniek umiestnených na povrchu tela. A niektoré druhy motýľov majú takzvané genitálne fotoreceptory.

Všetky takéto fotoreceptorové zóny sú štruktúrované podobným spôsobom a predstavujú zhluk niekoľkých neurónov pod priehľadnou (alebo priesvitnou) kutikulou. Kvôli takýmto dodatočným „očkám“ sa larvy dvojkrídlovcov vyhýbajú otvoreným priestorom a samice motýľov ich používajú pri kladení vajíčok v zatienených oblastiach.

Fazetový polaroid

Čo dokážu zložité oči hmyzu? Ako je známe, každé optické žiarenie môže mať tri charakteristiky: jas, rozsah(vlnová dĺžka) a polarizácia(orientácia kmitov elektromagnetickej zložky).

Hmyz využíva spektrálne charakteristiky svetla na registráciu a rozpoznávanie objektov v okolitom svete. Takmer všetky sú schopné vnímať svetlo v rozsahu od 300-700 nm, vrátane ultrafialovej časti spektra, neprístupnej pre stavovce.

zvyčajne rôzne farby vnímaný rôznych oblastiach zložené oko hmyzu. Takáto „lokálna“ citlivosť sa môže líšiť aj v rámci toho istého druhu v závislosti od pohlavia jedinca. Často tá istá ommatídia môže obsahovať rôzne farebné receptory. Takže v motýľoch rodu Papilio dva fotoreceptory majú vizuálny pigment s absorpčným maximom 360, 400 alebo 460 nm, ďalšie dva - 520 nm a zvyšok - od 520 do 600 nm (Kelber a kol., 2001).

To však nie je všetko, čo hmyzie oko dokáže. Ako bolo uvedené vyššie, vo vizuálnych neurónoch je fotoreceptorová membrána rabdomerálnych mikroklkov zložená do trubice kruhového alebo šesťuholníkového prierezu. V dôsledku toho sa niektoré molekuly rodopsínu nezúčastňujú absorpcie svetla, pretože dipólové momenty týchto molekúl sú umiestnené paralelne s dráhou svetelného lúča (Govardovsky a Gribakin, 1975). V dôsledku toho získava mikrovillus dichroizmus– schopnosť rôzne absorbovať svetlo v závislosti od jeho polarizácie. Zvýšenie polarizačnej citlivosti ommatídia je tiež uľahčené skutočnosťou, že molekuly vizuálneho pigmentu nie sú náhodne umiestnené v membráne ako u ľudí, ale sú orientované v jednom smere a navyše sú pevne fixované.

Ak je oko schopné rozlíšiť dva zdroje svetla na základe ich spektrálnych charakteristík, bez ohľadu na intenzitu žiarenia, môžeme hovoriť o farebné videnie. Ale ak to urobí fixovaním polarizačného uhla, ako v tomto prípade, máme všetky dôvody hovoriť o polarizačnom videní hmyzu.

Ako hmyz vníma polarizované svetlo? Na základe štruktúry ommatídia možno predpokladať, že všetky fotoreceptory musia byť súčasne citlivé ako na určitú dĺžku (dĺžky) svetelných vĺn, tak aj na stupeň polarizácie svetla. Ale v tomto prípade môže existovať vážne problémy- takzvaný falošné vnímanie farieb. Svetlo odrazené od lesklého povrchu listov alebo vodnej hladiny je teda čiastočne polarizované. V tomto prípade môže mozog pri analýze údajov fotoreceptorov urobiť chybu pri hodnotení intenzity farby alebo tvaru odrazového povrchu.

Hmyz sa naučil úspešne zvládnuť takéto ťažkosti. U mnohých druhov hmyzu (predovšetkým u múch a včiel) sa teda v ommatídiách vytvára rabdom, ktorý vníma iba farbu uzavretý typ, v ktorých sa rabdoméry navzájom nekontaktujú. Zároveň majú aj ommatídie s obvyklými rovnými rabdómami, ktoré sú tiež citlivé na polarizované svetlo. U včiel sa takéto fazety nachádzajú pozdĺž okraja oka (Wehner a Bernard, 1993). U niektorých motýľov sú narušenia vnímania farieb eliminované v dôsledku výrazného zakrivenia mikroklkov rabdomérov (Kelber a kol., 2001).

U mnohých iných druhov hmyzu, najmä Lepidoptera, sú vo všetkých ommatídiách zachované obvyklé rovné rabdomy, takže ich fotoreceptory sú schopné súčasne vnímať „farebné“ aj polarizované svetlo. Navyše, každý z týchto receptorov je citlivý len na určitý preferovaný polarizačný uhol a určitú vlnovú dĺžku svetla. Tento komplexný vizuálny vnem pomáha motýľom pri kŕmení a znášaní vajec (Kelber a kol., 2001).

Neznáma krajina

Môžete sa donekonečna ponoriť do vlastností morfológie a biochémie oka hmyzu a stále je pre vás ťažké odpovedať na také jednoduché a zároveň neuveriteľné komplexná problematika: Ako vidí hmyz?

Pre človeka je ťažké čo i len si predstaviť obrazy, ktoré vznikajú v mozgu hmyzu. Treba však poznamenať, že dnes je populárny mozaiková teória videnia, podľa ktorej hmyz vidí obraz vo forme akejsi skladačky šesťuholníkov, neodráža celkom presne podstatu problému. Faktom je, že hoci každá jedna fazeta zachytáva samostatný obraz, ktorý je len časťou celého obrazu, tieto obrazy sa môžu prekrývať s obrazmi získanými zo susedných faziet. Preto bude obraz sveta získaný pomocou obrovského oka vážky pozostávajúceho z tisícov miniatúrnych fazetových kamier a „skromného“ šesťfazetového oka mravca veľmi odlišný.

Čo sa týka zraková ostrosť (rozhodnutie t.j. schopnosť rozlíšiť stupeň rozkúskovania predmetov), ​​potom je u hmyzu určená počtom faziet na jednotku konvexný povrch oči, teda ich uhlovú hustotu. Oči hmyzu na rozdiel od ľudí nemajú akomodáciu: polomer zakrivenia svetlovodivej šošovky sa nemení. V tomto zmysle možno hmyz nazvať krátkozrakým: čím bližšie sú k objektu pozorovania, tým viac detailov vidí.

Hmyz so zloženými očami je zároveň schopný rozlíšiť veľmi rýchlo sa pohybujúce objekty, čo sa vysvetľuje vysokým kontrastom a nízkou zotrvačnosťou ich zrakového systému. Napríklad človek dokáže rozlíšiť len asi dvadsať zábleskov za sekundu, ale včela dokáže rozlíšiť desaťkrát viac! Táto vlastnosť je životne dôležitá pre rýchlo lietajúci hmyz, ktorý sa musí rozhodovať za letu.

Farebné obrazy vnímané hmyzom môžu byť tiež oveľa zložitejšie a nezvyčajnejšie ako tie naše. Napríklad kvet, ktorý sa nám javí ako biely, často skrýva vo svojich lupienkoch veľa pigmentov, ktoré dokážu odrážať ultrafialové svetlo. A v očiach opeľujúceho hmyzu sa leskne mnohými farebnými odtieňmi - ukazovateľmi na ceste k nektáru.

Predpokladá sa, že hmyz „nevidí“ červenú farbu, ktorá v „ čistej forme"a v prírode je mimoriadne vzácny (s výnimkou tropických rastlín opeľovaných kolibríkmi). Kvety sfarbené do červena však často obsahujú iné pigmenty, ktoré dokážu odrážať krátkovlnné žiarenie. A ak si uvedomíte, že veľa hmyzu je schopných vnímať nie tri základné farby, ako človek, ale viac (niekedy až päť!), potom by ich vizuálne obrazy mali byť jednoducho extravaganzou farieb.

A nakoniec, „šiestym zmyslom“ hmyzu je polarizačné videnie. S jeho pomocou sa hmyzu darí vidieť vo svete okolo seba to, čo ľudia môžu mať len chabú predstavu o použití špeciálnych optických filtrov. Týmto spôsobom môže hmyz presne určiť polohu slnka na zamračenej oblohe a použiť polarizované svetlo ako „nebeský kompas“. A vodný hmyz počas letu zisťuje vodné plochy čiastočne polarizovaným svetlom odrazeným od vodnej hladiny (Schwind, 1991). Ale aké obrazy „vidia“, si človek jednoducho nedokáže predstaviť...

Každý, kto sa z jedného alebo druhého dôvodu zaujíma o videnie hmyzu, môže mať otázku: prečo sa mu nevyvinulo komorové oko, podobné ľudskému, so zrenicou, šošovkou a inými zariadeniami?

Na túto otázku raz vyčerpávajúco odpovedal vynikajúci americký teoretický fyzik, kandidát na Nobelovu cenu R. Feynman: „Tomu trochu bráni zaujímavé dôvody. Po prvé, včela je príliš malá: ak by mala oko podobné nášmu, ale primerane menšie, potom by veľkosť zrenice bola rádovo 30 mikrónov, a preto by bola difrakcia taká veľká, že by včela stále nemôže lepšie vidieť. Príliš veľa malé oko- Toto nie je dobré. Ak je takéto oko dostatočne veľké, nemalo by byť menšie ako hlava samotnej včely. Hodnota zloženého oka spočíva v tom, že nezaberá prakticky žiadne miesto – iba tenkú vrstvu na povrchu hlavy. Takže predtým, ako včele poradíte, nezabudnite, že má svoje vlastné problémy!

Preto nie je prekvapujúce, že hmyz si vo vizuálnom poznávaní sveta vybral vlastnú cestu. A aby sme to videli z pohľadu hmyzu, museli by sme si zaobstarať obrovské zložené oči, aby sme si zachovali obvyklú zrakovú ostrosť. Je nepravdepodobné, že by nám takáto akvizícia bola z evolučného hľadiska užitočná. Každému svoje!

Literatúra

Tyshchenko V. P. Fyziológia hmyzu. M.: absolventská škola 1986, 304 S.

Klowden M. J. Fyziologické systémy hmyzu. Academ Press, 2007. 688 s.

Nation J. L. Fyziológia a biochémia hmyzu. Druhé vydanie: CRC Press, 2008.

Muchy aj včely majú päť očí. Tri jednoduché oči umiestnené v hornej časti hlavy (dalo by sa povedať, že na temene) a dva komplexné alebo fazetové sú umiestnené po stranách hlavy. Zložené oči múch, včiel (ale aj motýľov, vážok a niektorého iného hmyzu) sú predmetom nadšeného štúdia vedcov. Faktom je, že tieto orgány videnia sú usporiadané veľmi zaujímavým spôsobom. Skladajú sa z tisícok jednotlivých šesťuholníkov, alebo, inými slovami, vedecký jazyk, fazety. Každá z faziet je miniatúrne kukátko, ktoré poskytuje obraz samostatnej časti objektu. IN komplikované oči mucha domáca má približne 4000 faziet, včela robotnica- 5 000, pre dron - 8 000, pre motýľa - až 17 000, pre vážku - až 30 000. Ukazuje sa, že oči hmyzu posielajú do mozgu niekoľko tisíc obrázkov jednotlivých častí objektu, ktoré, hoci splývajú do obrazu objektu ako celku, no celý tento objekt vyzerá ako z mozaiky.

Prečo sú potrebné zložené oči? Predpokladá sa, že s ich pomocou sa hmyz orientuje v lete. Zatiaľ čo jednoduché oči sú navrhnuté tak, aby sa pozerali na objekty, ktoré sú v blízkosti. Ak sa teda včele odstránia alebo zakryjú zložené oči, správa sa, ako keby bola slepá. Ak sú jednoduché oči zapečatené, potom sa zdá, že hmyz má pomalú reakciu.

1,2 -Zložené (zložené) oči včely alebo muchy
3 -tri jednoduché oči včely alebo muchy

Päť očí umožňuje hmyzu pokryť 360 stupňov, teda vidieť všetko, čo sa deje vpredu, na oboch stranách aj vzadu. Možno preto je také ťažké dostať sa k muche nepozorovane. A ak si uvedomíte, že zložené oči vidia pohybujúci sa objekt oveľa lepšie ako nehybný, potom sa človek môže len čudovať, ako sa človeku niekedy podarí tresnúť muchu novinami!

Schopnosť hmyzu so zloženými očami rozpoznať aj ten najmenší pohyb sa odráža v nasledujúcom príklade: ak si včely a muchy sadnú s ľuďmi, aby pozerali film, bude sa im zdať, že dvojnohí diváci sa dlho pozerajú na jeden záber. predtým, než sa presuniete na ďalšie. Aby hmyz mohol sledovať film (a nie jednotlivé snímky, ako je fotografia), film projektora sa musí otáčať 10-krát rýchlejšie.

Mali by sme závidieť oči hmyzu? Pravdepodobne nie. Napríklad oči muchy vidia veľa, ale nie sú schopné pozerať sa zblízka. Preto jedlo (napríklad kvapku džemu) objavujú tak, že sa plazia po stole a doslova doň narážajú. A včely, kvôli zvláštnostiam ich videnia, nerozlišujú červenú farbu - pre nich je čierna, šedá alebo modrá.

Orgány videnia sú vyvinuté u väčšiny hmyzu. Dosahuje sa najväčší rozvoj zložené alebo zložené oči . Počet vizuálnych prvkov - ommatídia, čiže faziet, v oku muchy domácej dosahuje 4 000, u vážok dokonca 28 000. Ommatídia pozostáva z priehľadnej šošovky alebo rohovky vo forme bikonvexnej šošovky a pod ňou ležiacej priehľadnej krištáľový kužeľ. Spolu tvoria optický systém. Pod kužeľom je sietnica, ktorá vníma svetelné lúče. Bunky sietnice spojené nervové vlákna s optickými lalokmi mozgu. Každé ommatídium je obklopené pigmentovými bunkami.

V závislosti od vnímania svetla rôznou intenzitou Existujú apozičné a superpozičné typy očí. Prvý typ štruktúry oka je charakteristický pre denný hmyz, druhý - nočný.

IN apozičné oko každá ommatídia je vo svojej hornej časti izolovaná pigmentom zo susedných ommatídií. Teda každý konštrukčná jednotka Oči pracujú oddelene od všetkých ostatných a vnímajú len „svoju“ časť vonkajšieho priestoru. Celkový obraz sa tvorí v mozgu hmyzu ako z mnohých kúskov mozaiky.

IN superpozičné oko Ommatídie sú len čiastočne, aj keď po celej dĺžke, chránené pred bočnými lúčmi: sú polopriepustné. Na jednej strane to hmyzu pri intenzívnom svetle prekáža, na druhej strane to pomáha lepšie vidieť v šere.

Ocelli (chrbtové jednoduché oči)- sú to malé orgány zraku, ktoré sú prítomné u niektorých dospelých a zvyčajne sa nachádzajú na temene hlavy. Zvyčajne sú prezentované vo výške troch, pričom jedna leží mierne vpredu a ďalšie dve - za a na prednej strane. Neobsahujú ommatidium a štruktúra jednoduchých ocelli je výrazne zjednodušená. Vonku je rohovka pozostávajúca z rohovkových buniek, hlbšie je svetloprijímajúci aparát tvorený sietnicovými (citlivými) bunkami a ešte nižšie sú pigmentové bunky, ktoré prechádzajú do vlákien zrakového nervu.

Zo všetkých typov hmyzích očí majú jednoduché ocelli najslabšiu schopnosť vidieť. Podľa niektorých správ vôbec nevykonávajú vizuálnu funkciu a sú zodpovedné len za zlepšenie funkcie zložených očí. Dokazuje to najmä skutočnosť, že hmyz v neprítomnosti zložitých očí prakticky nemá jednoduché oči. Okrem toho, keď sú zložené oči premaľované, hmyz sa prestane orientovať v priestore, aj keď má dobre definované jednoduché oči.

Stonky alebo bočné jednoduché oči– prítomný v larvách hmyzu s úplnou metamorfózou. Počas štádia kukly sa „morfujú“ do zložených očí. Vykonať vizuálna funkcia, ale vzhľadom na zjednodušenú štruktúru vidia pomerne zle. Na zlepšenie videnia sú oči lariev často prítomné v niekoľkých kusoch. U lariev piliarky sú podobné chrbtovým a u húseníc motýľa pripomínajú ommatídiu zloženého oka. Húsenice vnímajú tvar predmetov a rozlišujú drobné detaily na ich povrchu.

Otázka „Koľko očí má obyčajná mucha Nie je také jednoduché, ako sa zdá veľké oči umiestnené po stranách hlavy je možné vidieť voľným okom. Ale v skutočnosti je štruktúra zrakových orgánov muchy oveľa zložitejšia.

Ak sa pozriete na zväčšený pohľad na oči muchy, môžete vidieť, že sú podobné včelím plástom a pozostávajú z mnohých jednotlivých segmentov. Každá časť má tvar šesťuholníka s pravidelnými hranami. Odtiaľ pochádza názov pre túto štruktúru oka – fazeta ("fazeta" v preklade z francúzštiny znamená "hrana"). Mnoho článkonožcov sa môže pochváliť zložitými fazetovými očami a mucha zďaleka nedrží rekord v počte faziet: má len 4 000 faziet, zatiaľ čo vážky asi 30 000.

Bunky, ktoré vidíme, sa nazývajú ommatídia. Ommatidia majú tvar kužeľa, ktorého úzky koniec siaha hlboko do oka. Kužeľ sa skladá z bunky, ktorá vníma svetlo a šošovky chránenej priehľadnou rohovkou. Všetky ommatídie sú tesne pritlačené k sebe a spojené rohovkou. Každý z nich vidí „svoj“ fragment obrazu a mozog tieto drobné obrázky spája do jedného celku.

Usporiadanie veľkých zložených očí je rozdielne u samíc a samcov. U mužov sú oči posadené blízko seba, zatiaľ čo u žien sú od seba viac vzdialené, pretože majú čelo. Ak sa pozriete na muchu pod mikroskopom, potom v strede hlavy nad fazetovými orgánmi videnia môžete vidieť tri malé bodky usporiadané do trojuholníka. V skutočnosti sú tieto body jednoduché oči.

Celkovo má mucha jeden pár zložených očí a tri jednoduché - celkom päť. Prečo sa príroda vybrala takou náročnou cestou? Faktom je, že fazetové videnie vytvorený tak, aby primárne pokryl čo najväčší priestor pohľadom a zachytil pohyb. Takéto oči vykonávajú základné funkcie. S jednoduchými očami bola mucha „poskytnutá“ na meranie úrovne osvetlenia. Zložené oči sú hlavným orgánom videnia a jednoduché oči sú sekundárnym orgánom. Ak by mucha nemala jednoduché oči, bola by pomalšia a mohla by lietať len pri jasnom svetle a bez zložených očí by oslepla.

Ako mucha vidí svet okolo seba?

Veľké vypuklé oči umožňujú muche vidieť všetko okolo nej, to znamená, že uhol pohľadu je 360 ​​stupňov. Toto je dvakrát také široké ako ľudské. Nehybné oči hmyzu sa súčasne pozerajú do všetkých štyroch strán. Ale zraková ostrosť muchy je takmer 100-krát nižšia ako u človeka!

Keďže každá ommatídia je nezávislá bunka, obrázok sa ukáže ako sieť, pozostávajúca z tisícok jednotlivých malých obrázkov, ktoré sa navzájom dopĺňajú. Preto je svet pre muchu zloženým puzzle pozostávajúcim z niekoľkých tisíc kusov, a to dosť vágnym. Hmyz vidí viac-menej jasne len na vzdialenosť 40 - 70 centimetrov.

Mucha je schopná rozlíšiť farby a dokonca aj polarizované svetlo a ultrafialové svetlo neviditeľné pre ľudské oko. Oko muchy vníma najmenšie zmeny v jase svetla. Je schopná vidieť slnko skryté hustými mrakmi. Ale v tme muchy vidia zle a vedú prevažne denný životný štýl.

Ďalšou zaujímavou schopnosťou muchy je jej rýchla reakcia na pohyb. Mucha vníma pohybujúci sa objekt 10-krát rýchlejšie ako človek. Ľahko „vypočíta“ rýchlosť objektu. Táto schopnosť je životne dôležitá na určenie vzdialenosti od zdroja nebezpečenstva a dosahuje sa „prenosom“ obrazu z jednej bunky – ommatídie – do druhej. Leteckí inžinieri využili túto vlastnosť mušieho videnia a vyvinuli zariadenie na výpočet rýchlosti lietajúceho lietadla, pričom opakovali štruktúru jeho oka.

Vďaka takémuto rýchlemu vnímaniu žijú muchy v porovnaní s nami v pomalšej realite. Pohyb, ktorý trvá sekundu, z ľudského hľadiska vníma mucha ako desaťsekundovú akciu. Ľudia sa im určite zdajú byť veľmi pomalé stvorenia. Mozog hmyzu pracuje rýchlosťou superpočítača, prijíma obraz, analyzuje ho a vysiela príslušné príkazy do tela v tisícinách sekundy. Preto nie je vždy možné udrieť muchu.

Správna odpoveď na otázku „Koľko očí má obyčajná mucha? číslo bude päť. Hlavné sú párový orgán v muche, ako u mnohých živých bytostí. Prečo príroda vytvorila práve tri jednoduché oči, zostáva záhadou.

Hmyz vníma svetlo tromi spôsobmi: celým povrchom tela, jednoduchými očami a zložitými, takzvanými zloženými očami.

Ako ukázali pokusy, húsenice, larvy vodných chrobákov, vošky, chrobáky (aj slepé jaskynné chrobáky), múčne červy, šváby a samozrejme mnoho iného hmyzu vnímajú svetlo celým povrchom svojho tela. Svetlo preniká do hlavy cez kutikulu a spôsobuje zodpovedajúce reakcie v mozgových bunkách, ktoré ho vnímajú.

Najprimitívnejšie jednoduché oči možno nájdeme v larvách niektorých komárov. Ide o pigmentové škvrny s malým počtom svetlocitlivých buniek (často sú len dve alebo tri). Larvy piliarok (rad Hymenoptera) a chrobákov majú zložitejšie oči: päťdesiat alebo viac buniek citlivých na svetlo, ktoré sú na vrchu pokryté priehľadnou šošovkou - zhrubnutie kutikuly.

Červené oči húsenice. Foto: Jes

Na každej strane hlavy larvy skákajúceho chrobáka je šesť ocelli, z ktorých dve sú oveľa väčšie ako ostatné (majú 6 000 zrakových buniek). Vidia dobre? Je nepravdepodobné, že by boli schopné sprostredkovať mozgu dojem tvaru objektu. Približnú veľkosť toho, čo bolo vidieť, však dobre detegujú dve veľké oči.

Larva sedí vo zvislej diere vykopanej v piesku. Zo vzdialenosti 3-6 centimetrov si všimne obeť alebo nepriateľa. Ak hmyz lezúci v blízkosti nie je väčší ako 3-4 milimetre, larva ho chytí svojimi čeľusťami. Keď ich je viac, schová sa do diery.
Päť alebo šesť jednoduchých ocelli na každej strane hlavy húseníc obsahuje iba jednu „ritinálnu tyčinku“ - vizuálny prvok - a sú pokryté šošovkou schopnou koncentrovať svetlo.

Každé oko jednotlivo nedáva predstavu o tvare pozorovaného objektu. Pri pokusoch však húsenica preukázala úžasné schopnosti. Vertikálne predmety vidí lepšie ako horizontálne. Z dvoch stĺpov alebo stromov si vyberie ten vyšší a plazí sa k nemu, aj keď všetky jeho najjednoduchšie oči sú pokryté čiernou farbou, zostane len jeden. V každom tento moment vidí len bod svetla, ale húsenica otáča hlavu a jediným okom postupne skúma rôzne body objektu, a to stačí na to, aby si jej mozog vytvoril približný obraz toho, čo videla. Samozrejme, je nejasný, nevýrazný, no aj tak si húsenica všimne predmet, ktorý sa jej ukazuje.

Pre larvy hmyzu sú typické jednoduché oči, no má ich aj veľa dospelých jedincov. Posledné z nich majú hlavnú vec - takzvané komplexné alebo fazetové oči: po stranách hlavy. Sú zložené z mnohých pretiahnutých jednoduchých očí – ommatídií. Každá ommatídia obsahuje svetlo vnímajúcu bunku spojenú nervom s mozgom. Na jej vrchu je predĺžená šošovka. Svetlocitlivá bunka aj šošovka sú obklopené svetlopriepustným plášťom pigmentových buniek. V hornej časti zostala len diera, ale tam je šošovka pokrytá priehľadnou kutikulárnou rohovkou. Je spoločná pre všetky ommatídie, tesne priliehajúce k sebe a spojené do jedného zloženého oka. V rôznych vážkach môže byť až 300 ommatídií (samička svetlušiek), 4 000 (mucha domáca), 9 000 (chrobák potápavý), 17 000 (motýle) a 10 000 – 28 000 kusov.

Motýľ monarcha má zložené oči. Foto: Monica R.

Každá ommatídia prenáša do mozgu iba jeden bod z celého komplexného obrazu sveta obklopujúceho hmyz. Z mnohých jednotlivých bodov, ktoré vidí každá z ommatídií, sa v mozgu hmyzu vytvorí mozaikový „panel“ krajinných objektov.
U nočného hmyzu (svetlušky, iné chrobáky, nočné motýle) je tento mozaikový obraz optického videnia takpovediac rozmazanejší. V noci sa pigmentové bunky, ktoré oddeľujú ommatídia zloženého oka od seba, sťahujú a pohybujú sa smerom nahor k rohovke. Lúče svetla vstupujúce do každého aspektu sú vnímané nielen jeho fotosenzitívna bunka, ale aj bunkami umiestnenými v susedných ommatídiách. Koniec koncov, teraz nie sú pokryté tmavými pigmentovými „záclonami“. Tým sa dosiahne úplnejšie zachytenie svetla, ktoré v nočnej tme až tak nie je.

Pigmentové bunky počas dňa vypĺňajú všetky priestory medzi ommatídiami a každá z nich vníma len tie lúče, ktoré sú sústredené jej vlastnou šošovkou. Inými slovami, „superpozičné“ oko, ako sa tomu hovorí, nočného hmyzu, funguje počas dňa ako „apozičné“ oko denného hmyzu.

Nemenej dôležitým znakom ako počet faziet je vizuálny uhol každej ommatídie. Čím je menší, tým má oko vyššie rozlíšenie a tým jemnejšie detaily pozorovaného objektu vidí. Uško ommatídia má zorný uhol 8 stupňov, kým včela 1 stupeň. Odhaduje sa, že za každý bod v mozaikovom obrázku toho, čo vidí ušiak, má včela 64 bodov. Oko včely tak zachytí drobné detaily pozorovaného objektu desaťkrát lepšie.
Do oka ale pri menšom pozorovacom uhle preniká menej svetla. Preto veľkosť faziet v zložených očiach hmyzu nie je rovnaká. V tých smeroch, kde je potrebná väčšia viditeľnosť a nie je tak potrebné presné sledovanie detailov, sú umiestnené väčšie fazety. Napríklad u mušiek sú fazety v hornej polovici oka výrazne väčšie ako v dolnej polovici.
Niektoré muchy majú tiež podobné jasne oddelené arény s ommatídiami rôznych veľkostí. Včela má iné usporiadanie faziet: ich uhol pohľadu v smere horizontálnej osi tela je dvakrát až trikrát väčší ako vo vertikálnej.

Vírivé chrobáky a samce podeniek majú v podstate dve oči na každej strane: jedno s veľkými fazetami a druhé s malými fazetami.
Pamätajte si, ako si húsenica, ktorá skúma predmet iba jedným okom (ostatné boli pokryté farbou), mohla vytvoriť určitú, aj keď veľmi drsnú predstavu o jeho tvare. Otočila hlavu a skúmala celý predmet po častiach a pamäťový aparát mozgu spojil všetky body, ktoré v danom momente videli, do jediného dojmu. Hmyz so zloženými očami robí to isté: keď sa na niečo pozerá, otáča hlavu. Podobný efekt sa dosiahne bez otáčania hlavy, keď sa pozorovaný objekt pohybuje alebo keď samotný hmyz letí. Za letu zložené oči vidia lepšie ako v pokoji.
Včela je napríklad schopná neustále udržiavať vo svojom zornom poli objekt, ktorý bliká 300-krát za sekundu. A naše oko si ani nevšimne blikanie šesťkrát pomalšie.

Hmyz vidí blízke predmety lepšie ako vzdialené. Sú veľmi krátkozraké. Jasnosť toho, čo videli, je oveľa horšia ako tá naša.
Zaujímavá otázka: aké farby rozlišuje hmyz? Experimenty ukázali, že včely a zdochlinové muchy vidia lúče s najkratšou vlnovou dĺžkou spektra (297 milimikrónov), ktoré sú dostupné v slnečné svetlo. Ultrafialové žiarenie, na ktoré sú naše oči úplne slepé, zaznamenávajú aj mravce, mole a samozrejme aj mnoho iného hmyzu.

Oči hmyzu. Foto: USGS Bee Inventory and Monitoring Laboratory

Hmyz sa líši v citlivosti na opačný koniec spektra. Včela je slepá voči červenému svetlu, pretože je to isté ako čierne. Najdlhšie vlnové dĺžky, ktoré ešte dokáže vnímať, sú 650 milimikrónov (niekde na hranici medzi červenou a oranžovou). Osy, vycvičené na to, aby lietali za jedlom k čiernym stolom, si ich mýlia s červenými. Niektoré motýle, napríklad satyri, tiež nevidia červenú. Ale iní (žihľavka, kapusta) rozlišujú červenú farbu. Rekord však patrí svetluške: vidí tmavočervenú farbu s vlnovou dĺžkou 690 milimikrónov. Žiadny zo skúmaných hmyzov toho nebol schopný.
Pre ľudské oko Najjasnejšia časť spektra je žltá. Pokusy s hmyzom ukázali, že pre niektorých oko vníma zelenú časť spektra ako najjasnejšiu, pre včelu ultrafialovú a pre zdochlú muchu najväčší jas bol pozorovaný v červenom, modrozelenom a ultrafialovom pásme. spektra.

Nepochybne, motýle, čmeliaky, niektoré muchy, včely a iný hmyz, ktorý navštevuje kvety, rozlišujú farby. Ale do akej miery a čo presne, zatiaľ vieme málo. Je potrebný ďalší výskum.
Najpočetnejšie pokusy v tomto smere sa uskutočnili so včelami. Včela vidí svet maľované v štyroch základných farbách: červeno-žlto-zelená (nie každá z tých vymenovaných samostatne, ale spolu, spolu ako jedna nám neznáma farba), potom modro-zelená, modrofialová a ultrafialové. Ako potom vysvetlíme, že včely lietajú napríklad aj na červené kvety, maky? Oni, rovnako ako mnohé biele a žlté kvety veľa odrážať ultrafialové lúče, tak ich včela vidí. Nevieme, akú farbu majú jej oči.

Motýle majú zjavne farebné videnie bližšie k nášmu ako včely. Už vieme, že niektoré motýle (žihľavka a kapusta) rozlišujú červenú farbu. Vidia ultrafialové, ale nehrá pre nich takú veľkú úlohu ako pri zrakovom vnímaní včely. Tieto motýle najviac priťahujú dve farby – modrofialová a žltočervená.
Rôznymi metódami sa dokázalo, že mnoho iného hmyzu rozlišuje farby, a čo je najlepšie, farby rastlín, ktorými sa živí alebo rozmnožuje. Niektoré jastrabie mory, chrobáky, vošky, švédske muchy, suchozemské ploštice a ploštice hladké nie sú ani zďaleka úplný zoznam takýto hmyz. Je zaujímavé, že smoothie má len vrchnú a zadný koniec má oči farebné videnie, spodná a predná - č. Prečo je to tak, nie je jasné.

Okrem vnímania ultrafialových lúčov je ďalšou vlastnosťou oka hmyzu, ktorá našim očiam chýba, citlivosť na polarizované svetlo a schopnosť sa ním orientovať. Nielen zložené oči, ale aj jednoduché ocelli, ako ukázali pokusy s húsenicami a larvami blanokrídlovcov, sú schopné vnímať polarizované svetlo. Uvažuje sa pod elektrónový mikroskop oči niektorých a nachádzajú sa v sietnici fotocitlivá tyčinka molekulárne štruktúry, ktoré zjavne pôsobia ako polaroidy.

Niektoré postrehy v posledných rokoch presvedčivé: nočný hmyz má orgány, ktoré zachytávajú infračervené lúče.