Глаз

Типы глаз

Сегодня известно десять различных типов глаз. Большинство способов получения изображения эволюционировали по крайней мере один раз.

Один из способов классифицировать глаза - посмотреть на количество "камер". Простые глаза состоят только из одной вогнутой камеры, возможно, с линзой. Сложные глаза имеют много таких камер с линзами на выпуклой поверхности.

Глаза также можно разделить на группы в зависимости от того, как устроен фоторецептор. Фоторецепторы бывают либо циллированными, либо рабдомическими, а некоторые аннелиды обладают и тем, и другим.

Простые глаза

Кошачьи глаза

Ямчатые глаза расположены в углублении в коже. Это уменьшает угол, под которым может проникать свет. Это позволяет организму сказать, откуда исходит свет.

Такие глаза встречаются примерно в 85% филогенетических организмов. Вероятно, они появились до развития более сложных глаз. Ямчатые глаза маленькие. Они состоят примерно из сотни клеток, занимающих около 100 мкм. Направленность можно улучшить, уменьшив размер отверстия и поместив отражающий слой за рецепторными клетками.

Глаз-буравчик

Глаз-обскура - это усовершенствованная форма глаза-обскуры. Он имеет несколько разновидностей, прежде всего, маленькую апертуру и глубокую яму. Иногда апертура может быть изменена. Он встречается только у наутилуса. Без линзы, фокусирующей изображение, он дает размытое изображение. Следовательно, наутилоиды не могут различать объекты с расстоянием между ними менее 11°. Уменьшение диафрагмы дает более четкое изображение, но пропускает меньше света.

Сферический хрусталик глаза

Разрешение глаз ямы можно значительно улучшить, добавив материал для создания линзы. Это уменьшит радиус размытия и увеличит достижимое разрешение. Самая базовая форма все еще встречается у некоторых брюхоногих моллюсков и аннелид. Эти глаза имеют линзу с одним показателем преломления. Можно получить лучшее изображение, используя материалы с высоким коэффициентом преломления, который уменьшается к краям. Это уменьшает фокусное расстояние и позволяет сформировать на сетчатке четкое изображение.

Этот глаз создает изображение, которое является достаточно четким, чтобы движение глаза могло вызвать значительное размытие. Чтобы минимизировать эффект движения глаза во время движения животного, большинство таких глаз имеют стабилизирующие глазные мышцы.

Оцелли насекомых имеют простую линзу, но их фокус всегда находится за сетчаткой. Они никогда не могут сформировать четкое изображение. Это ограничивает функцию глаза. Оцелли (глаза членистоногих) размывают изображение по всей сетчатке. Они очень хорошо реагируют на быстрые изменения интенсивности света во всем поле зрения - эта быстрая реакция еще больше ускоряется благодаря большим нервным пучкам, по которым информация поступает в мозг. Фокусировка изображения также приведет к тому, что солнечное изображение будет сфокусировано на нескольких рецепторах. Они могут быть повреждены интенсивным светом; экранирование рецепторов блокирует часть света и снижает их чувствительность.

Такая быстрая реакция привела к предположению, что оцелли насекомых используются в основном в полете, поскольку с их помощью можно обнаружить внезапные изменения в том, что находится вверху (поскольку свет, особенно ультрафиолетовый, который поглощается растительностью, обычно идет сверху).

Рефракционная роговица

Глаза большинства живущих на земле позвоночных (а также некоторых пауков и личинок насекомых) содержат жидкость, которая имеет более высокий коэффициент преломления, чем воздух. Роговица резко изогнута и преломляет свет по направлению к фокусу. Хрусталик не обязан преломлять весь свет. Это позволяет линзе легче настраивать фокус, что обеспечивает гораздо более высокое разрешение.

Глаза-отражатели

Вместо линзы можно также использовать клетки внутри глаза, которые действуют как зеркала. Изображение может быть отражено, чтобы сфокусироваться в центральной точке. Такая конструкция также означает, что человек, смотрящий в такой глаз, будет видеть то же изображение, что и организм, у которого он есть.

Многие мелкие организмы, такие как коловратки, копеподы и платигельминты, используют подобную конструкцию, но их глаза слишком малы для получения пригодных для использования изображений. Некоторые более крупные организмы, такие как морские гребешки, также используют глаза-отражатели. Гребешок Pecten имеет до 100 миллиметровых рефлекторных глаз, окаймляющих край его раковины. Он обнаруживает движущиеся объекты, когда они проходят через последовательные линзы.

Составные глаза

Сложные глаза отличаются от простых глаз. Вместо одного органа, воспринимающего свет, они объединяют множество таких органов. В некоторых сложных глазах их тысячи. Полученное изображение формируется в мозге на основе сигналов, поступающих от многих органов зрения. Каждая такая единица называется омматидием, а несколько - омматидиями. Омматидии расположены на выпуклой поверхности, каждая из них направлена в слегка различном направлении. В отличие от простых глаз, сложные глаза имеют очень большой угол зрения. Они могут распознавать быстрое движение, а иногда и поляризацию света.

Сложные глаза встречаются у членистоногих, аннелид и некоторых двустворчатых моллюсков.

У членистоногих, таких как эта пчела-плотник, глаза составные


У наутилуса есть глаз-обскура

Эволюция глаза

Эволюция глаз началась с простейших светочувствительных пятен у одноклеточных организмов. Эти глазные пятна не делают ничего, кроме как определяют, светло или темно вокруг. У большинства животных внутри есть биохимические "часы". Эти простые глазные точки используются для настройки суточных часов, которые называются циркадным ритмом. Некоторые улитки, например, вообще не видят никакого изображения (картинки), но они чувствуют свет, что помогает им держаться подальше от яркого солнечного света.

Более сложные глаза не утратили эту функцию. Особый тип клеток в глазу воспринимает свет не для того, чтобы видеть. Эти клетки называются ганглиозными. Они расположены в сетчатке. Они посылают информацию о свете в мозг по другому пути (ретиногипоталамический тракт). Эта информация регулирует (синхронизирует) циркадный ритм животного в соответствии с 24-часовым циклом свет/темнота в природе. Эта система также работает у некоторых слепых людей, которые вообще не видят свет.

Глаза, которые немного лучше, имеют форму чашечки, что позволяет животному понять, откуда исходит свет.

Более сложные глаза дают полное ощущение зрения, включая цвет, движение и текстуру. Эти глаза имеют круглую форму, благодаря которой лучи света фокусируются на задней части глаза, называемой сетчаткой.

Другое

Хорошо летающие мухи, такие как мухи или пчелы, или ловящие добычу насекомые, такие как богомолы или стрекозы, имеют специализированные зоны омматидиев, организованные в зону фовеа, которая обеспечивает острое зрение. В этой зоне глаза уплощены, а фасетки увеличены. Уплощение позволяет большему количеству омматидиев принимать свет от пятна. Это обеспечивает более высокое разрешение.

Тело Ophiocoma wendtii, вида ломкой звезды, покрыто омматидиями, превращающими всю его кожу в сложный глаз. То же самое можно сказать и о многих хитонах.

Составной глаз стрекозы