Складні очі комах складаються з. Чому у комах очі круглі? Як бачать комахи? Особливості будови органів зору

І в мух, і в бджіл по п'ять очей.Три простих окарозташовані у верхній частині голови (можна сказати, на темряві), а два складні, або фасеткові - з боків голови. Складні очі мух, бджіл (а також метеликів, бабок та деяких інших комах) – предмет захопленого вивчення вчених. Справа в тому, що ці органи зору влаштовані дуже цікаво. Вони складаються з тисяч окремих шестикутників, або, говорячи науковою мовою, фасеток. Кожна з фасеток - це мініатюрне вічко, яке дає зображення окремої частини предмета. У складних очейах кімнатної мухи приблизно 4000 фасеток, у робочої бджоли- 5000, у трутня - 8000, у метелика - до 17 000, у бабки - до 30 000. Виходить, що очі комах посилають у їхній мозок кілька тисяч зображень окремих частин предмета, які хоч і зливаються у зображення предмета в цілому, але всі цей предмет виглядає ніби складеним з мозаїки.

Навіщо потрібні фасеткові очі?Вважається, що з їхньою допомогою комахи орієнтуються в польоті. У той час, як прості очі призначені для розгляду предметів, що знаходяться поблизу. Так, якщо бджолі видалити або заклеїти складні очі, то вона поводиться як сліпа. Якщо ж заклеюються прості очі, то здається, що у комахи уповільнена реакція.

1,2 -Фасеткові (складні) очі бджоли чи мухи
3 -три простих очі бджоли чи мухи

П'ять очей дозволяють комахам охоплювати 360 градусівтобто бачити все, що відбувається спереду, з обох боків і ззаду. Можливо тому до мухи так складно підібратися непоміченим. А якщо врахувати, що складні очі набагато краще бачать предмет, що рухається, ніж нерухомий, то залишається тільки дивуватися, як у людини іноді все ж таки виходить пригорнути муху газетою!

Особливість комах з фасетковими очима вловлювати навіть найменший рух відображена в наступному прикладі: якщо бджоли та мухи сядуть разом із людьми дивитися фільм, то їм здаватиметься, що двоногі глядачі довго розглядають один кадр, перш ніж перейти до розгляду наступного. Щоб комахи могли дивитися кіно (а не окремі кадри, на кшталт фото), плівку проектора потрібно крутити в 10 разів швидше.

Чи варто заздрити очам комах? Мабуть, ні. Наприклад, очі мухи бачать багато, але не здатні до пильного розглядання. Ось чому вони виявляють їжу (краплю варення, наприклад), повзаючи по столу і буквально на неї натикаючись. А бджоли через особливості свого зору не розрізняють червоний колір – для них він чорний, сірий чи синій.

У процесі еволюції зору деякі тварини виникають досить складні оптичні прилади. До таких, безумовно, можна віднести очі фасеткові. Вони сформувалися у комах та ракоподібних, деяких членистоногих та безхребетних. Чим відрізняється фасеткове оковід простого, якими є його основні функції? Про це поговоримо у нашому сьогоднішньому матеріалі.

Очі фасеткові

Це оптична система, растрова, де відсутня єдина сітківка. А всі рецептори об'єднані в невеликі ретинули (групи), утворюючи опуклий шар, що не містить жодних нервових закінчень. Таким чином, око складається з безлічі окремих одиниць - омматидій, що об'єднуються в загальну системузору.

Очі фасеткові, властиві, відрізняються від бінокулярних (властивих у тому числі і людині) поганим визначенням дрібних деталей. Зате вони можуть розрізняти коливання світла (до 300 Гц), тоді як для людини граничні можливості - 50 Гц. А ще мембрана такого типу очей має трубчасту структуру. З огляду на це очі фасеткові немає таких особливостей рефракції, як далекозорість чи короткозорість, їм застосовується поняття акомодації.

Деякі особливості будови та зору

У багатьох комах займають більшу частину голови і практично нерухомі. Наприклад, очі фасеткові у бабки складаються з 30 000 частинок, утворюючи складну структуру. У метеликів – 17 000 омматидіїв, у мухи – 4 тисячі, у бджоли – 5. Найменша кількість частинок у мурахи робітника – 100 штук.

Бінокулярне чи фасеткове?

Перший тип зору дозволяє сприймати обсяг предметів, їх дрібні деталі, оцінювати відстані до об'єктів та їх розташування один до одного. Проте людину обмежується кутом 45 градусів. Якщо огляд необхідний повніший, очне яблукоздійснює рух на рефлекторному рівні (чи повернемо голову навколо осі). Фасеткові очі у вигляді напівсфер з омматідіями дозволяють бачити навколишню дійсність з усіх боків, не повертаючи органів зору чи голови. Причому зображення, яке при цьому передає око, дуже схоже на мозаїку: однією структурною одиницею ока сприймається окремий елемент, а разом вони відповідають за відтворення повної картини.

Різновиди

Омматидії мають анатомічні особливості, у результаті розрізняються їх оптичні якості (наприклад, в різних комах). Вчені визначають три види фасету:

До речі, деякі види комах мають змішаний типфасеткових органів зору, а в багатьох, крім нами, є ще й прості очі. Так, у мухи, наприклад, з боків голови розташовані парні фасеткові органи досить великих розмірів. А на темряві є три простих ока, які виконують допоміжні функції. Така ж організація органів зору і в бджоли - тобто лише п'ять очей!

У деяких ракоподібних фасеткові очі як би сидять на рухливих виростах-стеблинках.

А в деяких амфібій і риб є ще й додаткове (тем'яне) око, яке розрізняє світло, але має предметний зір. Сітківка його складається лише з клітин та рецепторів.

Сучасні наукові розробки

У останнім часомочі фасеткові - предмет вивчення та захоплення вчених. Адже такі органи зору, зважаючи на свою оригінальну будову, дають ґрунт для наукових винаходів та пошуків у світі сучасної оптики. Основні переваги – широкий огляд простору, розробка штучних фасеток, що використовуються переважно у мініатюрних, компактних, секретних системах спостереження.

Органи зору розвинені в більшості комах. Найбільшого розвитку досягають складні, або фасеткові, очі . Число зорових елементів - омматідіїв, або фасеток, в оці кімнатної мухи досягає 4 тис., а у бабок навіть 28 тис. Омматидій складається з прозорого кришталика, або рогівки, у вигляді двоопуклої лінзи і прозорого кришталевого конуса, що лежить під нею. Разом вони становлять оптичну систему. Під конусом розташована сітківка, що сприймає світлові промені. Клітини сітківки з'єднані нервовими волокнамиіз зоровими частками мозку. Кожен омматидій оточують пігментні клітини.

Залежно від сприйняття світла різної інтенсивностірозрізняють апозиційний та суперпозиційний типи очей. Перший різновид будови очей характерний денною комахою, другий – нічною.

У опозиційному оцікожен омматидій ізольований у своїй верхній частині за допомогою пігменту від сусідніх омматідій. Таким чином, кожна структурна одиницяочі працює окремо від решти, сприймаючи тільки «свою» частину зовнішнього простору. Загальна картинка складається в мозку комахи з безлічі шматочків мозаїки.

У суперпозиційному оці омматидії лише частково, хоч і по всій довжині, захищені від бічних променів: вони напівпроникні. З одного боку, це заважає комахам при інтенсивному освітленні, з іншого – допомагає їм краще бачити у сутінках.

Очі (дорсальні прості очі)- Це дрібні органи зору, які є у деяких імаго і розташовуються зазвичай на верхній частині голови. Зазвичай представлені у кількості трьох, причому один лежить трохи попереду, а ще два – ззаду і збоку від переднього. У складі немає омматидія, будова простих глазков значно спрощено. Зовні розташовується рогівка, що складається з коренеагенних клітин, глибше знаходиться світлосприймаючий апарат із ретинальних (чутливих) клітин, ще нижче лежать пігментні клітини, які переходять у волокна зорового нерва.

З усіх різновидів очей комах прості очі мають найбільш слабку здатність до зору. За деякими даними, вони взагалі не виконують зорової функції, і лише відповідають за покращення функції складних очей. Це, зокрема, доводиться тим, що у комах практично не буває простих очей без складних. Крім того, при зафарбовуванні фасеткових очей комахи перестають орієнтуватися в просторі, навіть якщо вони мають добре виражені прості очі.

Стеми, або латеральні прості очі- Є у личинок комах з повним перетворенням. Під час стадії лялечки вони «перетворюються» на складні очі. Виконують зорову функцію, але у зв'язку зі спрощеною структурою бачать відносно слабо. Для поліпшення зору личинкові очі часто представлені у личинок у кількості кількох штук. У личинок пильщиків вони подібні до дорсальних, а у гусениць метеликів нагадують омматидій складного ока. Гусениці сприймають форму предметів, розрізняють дрібні деталі з їхньої поверхні.

Повернемося тепер до біології. Людське око- аж ніяк не єдиний тип ока. Хоча очі майже всіх хребетних схожі на людські, проте у нижчих тварин ми зустрічаємо багато інших типів очей. Обговорювати їх ми не маємо часу. Але серед безхребетних (наприклад, у комах) зустрічаються високорозвинені типи очей; це складні,або фасеткові,очі. (У більшості комах, окрім великих: фасеткових очей, є ще прості очі, або очі.) Найбільш ретельно вивчався зір бджоли. Вивчати особливості зору бджіл легко, бо їх, як відомо, приваблює мед і ми можемо ставити досліди, змащуючи медом, наприклад, блакитний чи червоний папір і спостерігаючи, який із них привабить бджолу. Цим методом було виявлено дуже цікаві особливості зору бджоли.

Насамперед, намагаючись визначити, наскільки чітко бджола бачить різницю між двома шматочками «білого» паперу, деякі дослідники знайшли, що вона бачить її не дуже добре, а інші, навпаки, що вона робить це страшенно здорово. Навіть якщо бралися два майже однакові шматочки паперу, бджола все ж розрізняла їх. Один шматок паперу, наприклад, відбілювався цинковими білилами, а інший - свинцевими, і, хоча обидва вони виглядали однаково, бджола розрізняла їх, бо вони по-різному відображають ультрафіолетове світло. Таким чином, було виявлено, що око бджоли чутливе до більш коротких довжин хвиль, ніж око людини. Наші очі бачать у діапазоні від 7000 до 4000 Å, від червоного до фіолетового, а бджоли можуть бачити аж до 3000 Å, тобто в ультрафіолетовій області! А це породжує цілу низку дуже цікавих ефектів. Насамперед бджоли розрізняють багато квітів, які нам здаються абсолютно однаковими. У цьому нічого дивного; адже квіти цвітуть зовсім не для того, щоб тішити наш погляд. Вони є приманкою для бджіл, своєрідним сигналом про те, що тут є мед. Всім відомо, що є багато «білих» квітів. Колір, який нам здаєтьсябілим, мабуть, бджоли не бачать, бо з'ясувалося, що різні білі квіти не відбивають ультрафіолетовіпромені так повно, як це роблять істиннобілі квіти. Від білого предмета відбивається не все світло, що падає на нього, ультрафіолетові промені губляться, а це в точності те ж, що для нас втрата блакитного кольору, тобто отримання жовтого кольору. Отже, всі білі квіти здаються бджолам кольоровими. Однак нам відомо також, що бджоли не бачать червоного кольору. Виходить, можна вважати, що червоні квіти здаються бджолам чорними? Нічого подібного! Ретельне вивчення червоних кольорів показує, що, по-перше, навіть наші очі здатні розрізняти у величезної більшості червоних кольорів легкий синюватий відтінок, викликаний додатковим відображенням більшістю їх синього кольору, який знаходиться у видимій бджолами області. Крім того, досліди також показують, що квіти відрізняються за своєю здатністю відбивати ультрафіолет від різних частинпелюстка і т. д. Отже, якби ми могли бачити квіти такими, як їх бачать бджоли, то знайшли б їх ще прекраснішими і різноманітнішими!

Втім, було виявлено, що є такі червоні квіти, які не відображаютьблакитних або ультрафіолетових променівтому вони повинні здаватисябджолам чорними! Це певною мірою пояснює здивування тих людей, яких дуже хвилює це питання: адже чорний колір не здається привабливим, та й важко його відрізнити від брудної густої тіні. Так воно і виходить насправді: бджоли не прилітаютьці квіти. Але зате вони подобаються крихітним колібрі; виявляється, ці пташки чудово бачать червоний колір!

Ще один цікавий бік зору бджоли. Поглянувши на шматочок синього небаі не бачачи самого сонця, бджола, мабуть, може все ж таки визначити, де знаходиться сонце. Для нас це не так просто. Подивіться із вікна на небо. Ви бачите, що воно блакитне. А в якому напрямку зараз сонце? Бджола може це визначити, бо вона дуже чутлива до напряму поляризованогосвітла, а відбите від неба світло поляризований. Досі сперечаються про те, як це їй вдається: чи тому, що розсіювання світла по-різному за різних обставин, чи очі бджоли безпосередньо чутливі до напрямку поляризованого світла. Нещодавно отримані дані про безпосередню чутливість ока бджоли.

Кажуть також, що бджола здатна розрізняти окремі спалахи світла з частотою 200 разів на 1 сівбу, тоді як ми розрізняємо лише 20 спалахів. У вулику бджоли рухаються дуже швидко; вони ворушать лапками, махають крильцями, але наші очі насилу встигають устежити за всіма цими рухами. Ось якби ми могли розрізняти швидші миготіння, тоді інша справа. Мабуть, для бджоли дуже важливо, щоб її очі мали таку швидку реакцію.

Тепер поговоримо про те, яка, власне, гострота зору бджоли? Око бджоли складне; складається він з величезної кількості особливих очків, званих омматідіями,які розташовані на майже сферичній поверхні з боків голови комахи.

На фіг. 36.7 показано омматидій. У його вершині знаходиться прозора область, свого роду кришталик, але насправді це більше нагадує фільтр, що змушує світло йти вздовж вузького волокна, де, мабуть, і відбувається його поглинання. Від іншого кінця відходить нервове волокно. Центральне нервове волокно має з обох боків шість клітин, від яких по суті воно і відходить. Для наших цілей цього опису цілком достатньо; головне те, що клітина має конічну форму, і безліч таких клітин, примикаючи одна до одної, утворює поверхню ока бджоли.

Подивимося тепер, який дозвіл такого ока. Проведемо лінію (фіг. 36.8), що схематично представляє омматидій, на поверхні ока, який ми вважатимемо сферою радіусом r . Ми зараз спробуємо обчислитиширину кожного омматидия, навіщо напружимо трохи нашу кмітливість і припустимо, що природа настільки ж кмітлива, як і ми! Якщо омматидій дуже великий, то дозвіл не може бути більшим. Інакше кажучи, один омматидій отримує інформацію про один напрямок, сусідній - про інший і т. д., а предмети, що потрапили в проміжок, бджола не зможе бачити досить добре. Таким чином, невизначеність гостроти зору ока, безперечно, пов'язана з кутовим розміром кінця омматідії щодо центру кривизни ока. (Насправді очі розташовані тільки на поверхні голови.) Але кут від одного омматідія до наступного дорівнює, звичайно, діаметру омматідія, поділеному на радіус кривизни поверхні ока:

Ф іг. 36.7. Будова омматидію.

Отже, можна сказати: «Чим менше значення , тим більше виявиться гострота зору.

Ф іг. 36.8. Схема розподілу оматідіїв на поверхні ока бджоли.

Але чому ж тоді природа не дала бджолі дрібні омматидії?» У відповідь можна сказати наступне: ми вже досить добре знаємо фізику, щоб зрозуміти, що при спробі пропустити світло через вузьку щілину через дифракцію неможливо достатньо добре бачити в цьому напрямку, бо туди потраплятиме світло від різних напрямків, тобто від всіх напрямків, що знаходяться всередині кута  d , такого, що

(36.2)

Тепер зрозуміло, що, якщо б взяти занадто маленьким, кожен омматидій внаслідок дифракції бачитиме не тільки в одному напрямку! Але якщо зробити значення  занадто великим, то, хоча кожен дивитися в одному напрямку, їх виявиться занадто мало, щоб отримати докладну картину. Таким чином, ми маємо підібрати таку відстань d,щоб повний ефект цих двох механізмів був мінімальним. Якщо ми складемо два вирази та знайдемо місце, де сума має мінімум, то отримаємо

(36.3)

що дає відстань

(36.4)

У книгах вказується діаметр, рівний 30 мк.Як бачите, згода виявляється досить гарною! Ясно, що саме цей механізм визначає розмір ока бджоли і цілком доступний нашому розумінню. Підставивши тепер отримане число (36.1), легко визначити, який кутовий дозвіл ока бджоли. Воно виявляється дуже поганим у порівнянні з оком людини. Ми здатні бачити речі, розмір яких в тридцять разів менший, ніж бачить бджола. Так що в порівнянні з людиною зображення у бджоли виходить досить розпливчасте, несфокусоване.

Ф іг. 36.9. Оптимальний розміромматідія, рівний m .

Тим не менш, так воно є, і на більше вона просто не може розраховувати. Природно виникає питання: а чому б бджолі не завести собі таке саме око, як у нас, з кришталиком і з усім іншим? Цьому заважає кілька досить цікавих причин. Насамперед бджола надто мала; якби в неї було око, схоже на наше, але відповідно зменшене, то розмір зіниці виявився б близько 30 мк,а тому дифракція була б така велика, що бджола все одно не бачила б краще. Занадто маленьке око– це не дуже добре. Потім, якщо зробити око великим, як голова бджоли, він зайняв би всю голову. Адже цінність складного ока в тому і полягає, що він практично не займає місця – просто тоненький шар на поверхні голови бджоли. Тож, перш ніж давати поради бджолі, не забувайте, що вона має свої власні проблеми!

Ще в далекому дитинстві багато хто з нас задавалися таким дрібничним, здавалося б, питанням про комах, на кшталт таких, як: скільки очей у звичайної мухичому павук плете павутину, а оса може вкусити.

Наука ентомологія має відповіді практично на будь-які з них, але сьогодні ми закликаємо знання дослідників природи та поведінки для того, щоб розібратися з питанням, що являє собою зорова системацього виду.

Ми проаналізуємо в цій статті, як бачить муха і чому ця настирлива комаха так важко прихлопнути мухобойкою або зловити долонькою на стіні.

Кімнатна мешканка

Кімнатна або домашня муха належить до сімейства справжніх мух. І нехай тема нашого огляду стосується всіх видів без винятку, ми дозволимо собі для зручності розглядати всю родину на прикладі саме цього добре всім знайомого виду домашніх нахлібників.

Звичайна домашня муха є дуже непримітною зовні комахою. Вона має сіро-чорне забарвлення тулуба, з деякими натяками на жовтизну в нижній частині черевця. Довжина дорослої особини рідко перевищує 1 см. Комаха має дві пари крил та фасеткові очі.

Фасеткові очі – у чому суть?

Зорова система мухи включає два великих ока, розташовані по краях голови. Кожен має складну структуру і складається з безлічі дрібних шестигранних фасеток, звідси і назва такого типу зору, як фасеточное.

Усього мушине око має у своїй структурі понад 3,5 тисячі таких мікроскопічних складових. І кожна з них здатна вловлювати лише мізерну частину загального зображення, передаючи інформацію про отриману міні-картинку у мозок, який збирає всі пазли цієї картини докупи.

Якщо порівнювати фасетковий зірі бінокулярне, яке має людина, наприклад, можна швидко переконатися в тому, що призначення та властивості кожного діаметрально протилежні.

Більш розвиненим тваринам властиво концентрувати зір на певній вузькій ділянці або на конкретному об'єкті. Комахам важливо не стільки бачити конкретний предмет, скільки швидко орієнтуватися в просторі і помічати наближення небезпеки.

Чому її так складно зловити?

Цього шкідника справді дуже непросто застати зненацька. Причина не тільки в підвищеній реакції комахи в порівнянні з повільною людиноюта здатності зриватися з місця практично миттєво. Головним чином, так високий рівеньреакції зумовлений своєчасним сприйняттям мозку цієї комахи змін та рухів у радіусі огляду його очей.

Зірка мухи дозволяє їй бачити практично на 360 градусів. Такий тип зору називається панорамним. Тобто кожне око дає огляд на 180 градусів. Цього шкідника практично не можна застати зненацька, навіть якщо підходити до неї ззаду. Очі цієї комахи дозволяють контролювати весь простір навколо неї, тим самим забезпечуючи стовідсоткову кругову зорову оборону.

Є ще цікава особливістьзорового сприйняття мухою палітри кольорів. Адже майже всі види інакше сприймають ті чи інші кольори, звичні для нашого ока. Деякі комахи не розрізняють взагалі, інші виглядають для них інакше, в інших тонах.

До речі, крім двох фасеткове око, у мухи є ще три простих ока. Вони розташовані у проміжку між фасетковими, на лобовій чисті голови. На відміну від складних очей, ці три використовуються комахою для розпізнавання того чи іншого об'єкта у безпосередній близькості.

Таким чином, на запитання, скільки все-таки очей у звичайної мухи, можемо тепер сміливо відповісти – 5. Два складні фасеткові, розділені на тисячі омматидіїв (фасеток) і призначені для максимально великого контролю за змінами навколишнього середовищанавколо неї, і три простих ока, що дозволяють, як то кажуть, наводити різкість.

Погляд на світ

Ми вже говорили, що мухи дальтоніки, і розрізняють або всі кольори, або бачать звичні нам предмети за іншими колірних тонах. Також цей вид здатний розрізняти ультрафіолет.

Слід ще сказати, що за всієї унікальності свого зору ці шкідники практично не бачать у темряві. Вночі муха спить, оскільки її очі не дозволяють цій комахі промишляти у темний час доби.

А ще ці шкідники мають властивість добре сприймати тільки дрібніші об'єкти, що знаходяться в русі. Комаха не розрізняє такі великі предмети, як людина, наприклад. Для мухи це не більше, ніж ще одна частина інтер'єру навколишнього середовища.

А ось наближення руки до комах його очі чудово вловлюють і своєчасно дають потрібний сигнал мозку. Так само, як і побачити будь-яку іншу небезпеку, що стрімко насувається, не складе труднощів цим пронирам, завдяки складній і надійній системі стеження, якій забезпечила їх природа.

Висновок

Ось ми й проаналізували, як виглядає світ очима мухи. Тепер ми знаємо, що ці всюдисущі шкідники мають, як і всі комахи, дивовижний зоровим апаратом, що дозволяє їм не втрачати пильності, і у світлий час доби тримати кругову спостережну оборону на всі сто.

Зірка звичайної мухи нагадує складну систему стеження, що включає в себе тисячі міні-камер спостереження, кожна з яких надає комахі своєчасну інформацію про те, що відбувається в найближчому діапазоні.