Kamera panoramiczna „oko muchy”. Dlaczego owady mają okrągłe oczy i jak widzą owady?

Pytanie „Ile oczu ma zwykła mucha nie jest tak proste, jak się wydaje. Dwa duże oczy zlokalizowane po bokach głowy są widoczne gołym okiem. Ale w rzeczywistości struktura narządów wzrokowych muchy jest znacznie bardziej złożona.

Jeśli spojrzysz na powiększony widok oczu muchy, zobaczysz, że przypominają plaster miodu i składają się z wielu pojedynczych segmentów. Każda część ma kształt sześciokąta o regularnych krawędziach. Stąd wzięła się nazwa tej struktury oka – faseta („faseta” w tłumaczeniu z francuskiego oznacza „krawędź”). Wiele stawonogów może pochwalić się złożonymi fasetowanymi oczami, a mucha jest daleka od rekordu pod względem liczby faset: ma tylko 4000 faset, podczas gdy ważki mają ich około 30 000.

Komórki, które widzimy, nazywane są omatidiami. Ommatidia mają kształt stożka, którego wąski koniec sięga głęboko w oko. Stożek składa się z komórki odbierającej światło i soczewki chronionej przez przezroczystą rogówkę. Wszystkie ommatidia są ściśle do siebie dociśnięte i połączone rogówką. Każdy z nich widzi „swój” fragment obrazu, a mózg składa te maleńkie obrazy w jedną całość.

Lokalizacja dużych Złożone oczy Inaczej jest u samic i samców much. U mężczyzn oczy są osadzone blisko siebie, u kobiet są bardziej rozstawione, ponieważ mają czoło. Jeśli spojrzysz na muchę pod mikroskopem, to pośrodku głowy, nad narządami wzroku, zobaczysz trzy małe kropki ułożone w trójkąt. W rzeczywistości te punkty to proste oczy.

W sumie mucha ma jedną parę oczu złożonych i trzy proste - w sumie pięć. Dlaczego natura poszła w tę stronę? trudna ścieżka? Faktem jest, że widzenie fasetowe powstało po to, aby przede wszystkim pokryć jak najwięcej przestrzeni spojrzeniem i uchwycić ruch. Takie oczy pełnią podstawowe funkcje. Przy prostych oczach mucha została „dostarczona” do pomiaru poziomu oświetlenia. Oczy złożone są głównym narządem wzroku, a oczy proste są narządem wtórnym. Gdyby mucha nie miała prostych oczu, byłaby wolniejsza i mogła latać tylko w jasnym świetle, a bez oczu złożonych byłaby ślepa.

Jak mucha widzi otaczający ją świat?

Duże, wypukłe oczy pozwalają muchie widzieć wszystko wokół, czyli kąt widzenia wynosi 360 stopni. To jest dwa razy szersze niż u człowieka. Nieruchome oczy owada patrzą jednocześnie we wszystkich czterech kierunkach. Ale ostrość wzroku muchy jest prawie 100 razy niższa niż u człowieka!

Ponieważ każda ommatidia jest niezależną komórką, obraz okazuje się siatką składającą się z tysięcy pojedynczych małych obrazów, które się uzupełniają. Dlatego dla muchy świat jest układanką składającą się z kilku tysięcy elementów i to dość niejasną. Owad widzi mniej więcej wyraźnie już z odległości 40–70 centymetrów.

Mucha potrafi rozróżniać kolory, a nawet światło spolaryzowane i ultrafiolet niewidoczne dla ludzkiego oka. Oko muchy wyczuwa najmniejsze zmiany w jasności światła. Potrafi dostrzec słońce ukryte za grubymi chmurami. Jednak w ciemności muchy słabo widzą i prowadzą głównie dzienny tryb życia.

Kolejną interesującą umiejętnością muchy jest jej szybka reakcja na ruch. Mucha dostrzega poruszający się obiekt 10 razy szybciej niż człowiek. Z łatwością „oblicza” prędkość obiektu. Zdolność ta jest niezbędna do określenia odległości od źródła zagrożenia i osiągana jest poprzez „przekazywanie” obrazu z jednej komórki – ommatidia – do drugiej. Inżynierowie lotnictwa wykorzystali tę cechę wzroku muchy i opracowali urządzenie do obliczania prędkości lecącego samolotu, powtarzając budowę jego oka.

Dzięki tak szybkiej percepcji muchy żyją w wolniejszej rzeczywistości niż my. Z ludzkiego punktu widzenia ruch trwający sekundę mucha odbiera jako czynność trwającą dziesięć sekund. Z pewnością ludzie wydają im się bardzo powolnymi stworzeniami. Mózg owada pracuje z szybkością superkomputera, odbierając obraz, analizując go i przekazując organizmowi odpowiednie polecenia w tysięcznych sekundy. Dlatego nie zawsze można pacnąć muchę.

A więc poprawna odpowiedź na pytanie „Ile oczu ma zwykła mucha?” liczba będzie pięć. Najważniejsze z nich to sparowany organ w locie, jak u wielu żywych istot. Dlaczego natura stworzyła dokładnie trzy proste oczy- pozostaje tajemnicą.

Zarówno muchy, jak i pszczoły mają po pięć oczu. Trzy proste oczy znajdują się w górnej części głowy (można powiedzieć, na koronie), a dwa złożone, czyli fasetowe, znajdują się po bokach głowy. Złożone oczy much, pszczół (a także motyli, ważek i niektórych innych owadów) są przedmiotem entuzjastycznych badań naukowców. Faktem jest, że te narządy wzroku są ułożone w bardzo ciekawy sposób. Składają się z tysięcy pojedynczych sześciokątów lub, z naukowego punktu widzenia, faset. Każda z fasetek jest miniaturowym wizjerem dającym obraz oddzielnej części obiektu. Złożone oczy muchy domowej mają około 4000 fasetek, pszczoły robotnicy 5000, drona 8000, motyla aż 17 000, a ważki aż 30 000. Okazuje się, że oczy owadów wysyłają do człowieka kilka tysięcy obrazów. ich mózgi poszczególne części obiekt, który choć wtapia się w obraz obiektu jako całości, to jednak obiekt ten wygląda, jakby był ułożony z mozaiki.

Dlaczego potrzebne są oczy złożone? Uważa się, że za ich pomocą owady orientują się w locie. Podczas gdy proste oczy są zaprojektowane tak, aby patrzeć na obiekty znajdujące się w pobliżu. Tak więc, jeśli pszczoła ma usunięte lub zakryte oczy złożone, zachowuje się tak, jakby była ślepa. Jeśli proste oczy są zapieczętowane, wydaje się, że owad reaguje powoli.

1,2 -Złożone (złożone) oczy pszczoły lub muchy
3 -trzy proste oczy pszczoły lub muchy

Pięć oczu pozwala owadom na pokrycie 360 stopni to znaczy widzieć wszystko, co dzieje się z przodu, z obu stron i z tyłu. Może dlatego tak trudno zbliżyć się niezauważenie do muchy. A jeśli weźmie się pod uwagę, że złożone oczy znacznie lepiej widzą poruszający się obiekt niż nieruchomy, to można się tylko zastanawiać, jak czasami udaje się odganiać muchę gazetą!

Znajduje to odzwierciedlenie w zdolności owadów o złożonych oczach do wychwytywania nawet najmniejszego ruchu następujący przykład: Jeśli pszczoły i muchy zasiądą z ludźmi do oglądania filmu, będzie im się wydawało, że dwunożni widzowie długo patrzą na jedną klatkę, zanim przejdą do następnej. Aby owady mogły obejrzeć film (a nie pojedyncze klatki jak zdjęcie), folia projektora musi być obracana 10 razy szybciej.

Czy powinniśmy pozazdrościć oczu owadom? Prawdopodobnie nie. Na przykład oczy muchy widzą dużo, ale nie są w stanie patrzeć z bliska. Dlatego odkrywają jedzenie (na przykład kroplę dżemu), czołgając się po stole i dosłownie wpadając na niego. A pszczoły ze względu na specyfikę wzroku nie rozróżniają koloru czerwonego - dla nich jest to czarny, szary lub niebieski.

Wiele owadów ma złożone oczy złożone, składające się z licznych pojedynczych ocelli - ommatidia. Owady postrzegają świat tak, jakby był ułożony z mozaiki. Większość owadów jest „krótkowzroczna”. Niektóre z nich, jak na przykład mucha diopsydowa, można zobaczyć z odległości 135 metrów. Motyl - a ona ma najwięcej ostre widzenie wśród naszych owadów nie widzi dalej niż na dwa metry, a pszczoła nie widzi niczego na odległość jednego metra. Owady, z których zbudowane są oczy duża ilość ommatidia, są w stanie zauważyć najmniejszy ruch wokół siebie. Jeśli obiekt zmienia swoje położenie w przestrzeni, wówczas jego odbicie w oczach złożonych również zmienia swoje położenie, poruszając się o określoną liczbę ommatidiów, a owad to zauważa. Gra oczu złożonych ogromna rola w życiu owadów drapieżnych. Dzięki takiej budowie narządów wzroku owad może skupić wzrok na pożądanym przedmiocie lub obserwować go tylko częścią oka złożonego. Co ciekawe, ćmy nawigują za pomocą wzroku i zawsze lecą w stronę źródła światła. Azymut ich oczu w stosunku do światła księżyca jest zawsze mniejszy niż 90°.

Widzenie kolorów

Aby zobaczyć określony kolor, oko owada musi dostrzec fale elektromagnetyczne o określonej długości. Owady dobrze postrzegają zarówno ultrakrótkie, jak i bardzo długie fale świetlne oraz kolory widma widzialnego przez ludzkie oko. Wiadomo, że człowiek widzi kolory od czerwonego do fioletu, ale jego oko nie jest w stanie dostrzec promieniowanie ultrafioletowe- fale dłuższe niż czerwone i krótsze niż fioletowe. Owady widzą światło ultrafioletowe, ale nie rozróżniają kolorów widma czerwonego (tylko motyle widzą kolor czerwony). Na przykład kwiat maku jest postrzegany przez owady jako bezbarwny, ale na innych kolorach oczu owady widzą wzory w ultrafiolecie, które człowiekowi trudno nawet sobie wyobrazić. Owady poruszają się według tych wzorców w poszukiwaniu nektaru. Motyle mają również na skrzydłach wzory ultrafioletowe, które są niewidoczne dla ludzi. Pszczoły rozpoznają kolory: niebiesko-zielony, fioletowy, żółty, niebieski, pszczeli fiolet i ultrafiolet. Owady potrafią także nawigować za pomocą światła spolaryzowanego. Promień światła przechodząc przez atmosferę ziemską ulega załamaniu i w wyniku polaryzacji światła różne obszary niebo ma różne długości fal. Dzięki temu nawet gdy słońca nie widać z powodu chmur, owad dokładnie wyznacza kierunek.

Interesujące fakty

Larwy niektórych chrząszczy wykształciły proste oczy, dzięki którym dobrze widzą i uciekają przed drapieżnikami. Dorosłe chrząszcze mają złożone oczy, ale ich wzrok nie jest lepszy niż larw. Złożone oczy złożone występują nie tylko u owadów, ale także u niektórych skorupiaków, takich jak kraby i homary. Zamiast soczewek ommatidia zawierają miniaturowe lusterka. Po raz pierwszy ludzie mogli spojrzeć na świat oczami owada w 1918 roku dzięki niemieckiemu naukowcowi Exnerowi. Liczba małych oczu u owadów (w zależności od gatunku) waha się od 25 do 25 000. Oczy owadów, na przykład chrząszczy pływających po powierzchni wody, są podzielone na dwie części: Górna część służy do widzenia w powietrzu, a dolny - pod wodą. Złożone oczy owadów nie widzą tak dobrze jak oczy ptaków i ssaków, ponieważ nie są w stanie przenosić małe części(owady mogą mieć od 25 do 25 000 faset). Ale dobrze dostrzegają poruszające się obiekty, a nawet rejestrują kolory niedostępne dla ludzkiego oka.

Pokaż wszystko

Odmiany budowy narządów wzroku

U owadów oczy mogą występować w trzech odmianach:

(fasetowany);
(grzbietowa, ocelli);
larwalny (boczny, larwalny). (zdjęcie)

Oni mają inna struktura i nierówna zdolność widzenia.

U większości owadów występują oczy złożone, a im bardziej rozwinięte są te ostatnie, tym zwykle lepiej rozwinięte są ich narządy wzrokowe. Nazywa się je również soczewkami fasetowymi, ponieważ ich zewnętrzną powierzchnię reprezentuje zestaw soczewek umieszczonych obok siebie - fasety.

Ommatidium

A (po lewej) - ommatidium apozycyjne,

B (po prawej) - superpozycja ommatidium

1 - aksony komórek wzrokowych, 2 - komórki siatkówki,

3 - rogówka, 4 - stożek krystaliczny,

5 - komórki pigmentowe, 6 - światłowód, 7 - rabdom

Oko złożone składa się z innej, zwykle dużej liczby osobników jednostki strukturalne- ommatidia. obejmują szereg struktur zapewniających przewodzenie, załamanie światła (fasetka, komórki rogówki, czopek krystaliczny) i percepcję sygnałów wzrokowych (komórki siatkówki, rabdom, komórki nerwowe). Ponadto każdy ma urządzenie izolujące pigment, dzięki czemu jest całkowicie lub częściowo chroniony przed promieniami bocznymi.

Schemat budowy prostego oka

Ze wszystkich typów oczu owady mają najsłabszą zdolność widzenia. Według niektórych raportów w ogóle się nie sprawdzają funkcja wizualna i są odpowiedzialne jedynie za poprawę funkcji oczu złożonych. Świadczy o tym w szczególności fakt, że u owadów praktycznie nie ma prostych bez skomplikowanych. Ponadto po zamalowaniu oczu złożonych owady przestają orientować się w przestrzeni, nawet jeśli mają dobrze zaznaczone oczy.

Cechy wzroku owadów

Poświęcony badaniu wzroku owadów wielka ilość prace naukowe. Dzięki takiemu zainteresowaniu specjalistów wiele cech oczu Insecta zostało obecnie wiarygodnie wyjaśnionych. Jednakże struktura narządów wzrokowych tych organizmów jest tak zróżnicowana, że jakość widzenia, postrzeganie kolorów i objętości, rozróżnianie obiektów ruchomych i nieruchomych, rozpoznawanie znanych obrazów wzrokowych i inne właściwości wzroku różnią się ogromnie w zależności od różne grupy owady Może mieć na to wpływ następujące czynniki: w oku złożonym – budowa ommatidiów i ich liczba, wypukłość, umiejscowienie i kształt oczu; w prostych oczach i - ich liczba i subtelne cechy strukturalne, które można przedstawić za pomocą znacznej różnorodności opcji. Najlepiej jak dotąd zbadano wzrok pszczół.

Ruch obiektu odgrywa pewną rolę w postrzeganiu kształtu. Owady częściej lądują na kwiatach kołysanych na wietrze niż na nieruchomych. ważki pędzą za poruszającą się ofiarą, a samce motyli reagują na latające samice i mają trudności z dostrzeżeniem siedzących. Jest to prawdopodobnie spowodowane pewną częstotliwością podrażnienia ommatidiów oczu podczas ruchu, migotania i migotania.

Rozpoznawanie znajomych obiektów

Owady rozpoznają znane przedmioty nie tylko po kolorze i kształcie, ale także po rozmieszczeniu przedmiotów wokół nich, dlatego tezy o wyjątkowej prymitywności ich wzroku nie można nazwać prawdziwą. Na przykład osa piaskowa znajduje wejście do nory, kierując się obiektami znajdującymi się wokół niej (trawa, kamienie). Jeśli zostaną usunięte lub zmieni się ich lokalizacja, może to zmylić owada.

Postrzeganie odległości

Cechę tę najlepiej zbadać na przykładzie ważek, biegaczków ziemnych i innych owadów drapieżnych.

Możliwość określenia odległości wynika z obecności wyższych owadów widzenie obuoczne, czyli dwoje oczu, których pola widzenia częściowo się przecinają. Cechy strukturalne oczu określają, jak duża jest odległość widoczne ten czy inny owad. Przykładowo skaczące chrząszcze reagują na ofiarę i rzucają się na nią, gdy znajdą się w odległości 15 cm od obiektu.

Świetlny ruch

Wiele owadów porusza się w taki sposób, że stale utrzymuje ten sam kąt padania światła na siatkówkę. Zatem, promienie słoneczne są rodzajem kompasu, według którego zorientowany jest owad. Na tej samej zasadzie ćmy poruszają się w określonym kierunku źródła sztuczne Swieta.

Muchy żyją krócej niż słonie. Nie ma co do tego wątpliwości. Ale czy z punktu widzenia much ich życie naprawdę wydaje się o wiele krótsze? W istocie takie pytanie zadał Kevin Gealey z Trinity College w Dublinie w artykule opublikowanym właśnie w czasopiśmie Animal Behaviour. Jego odpowiedź: oczywiście, że nie. Te małe stworzenia są muchami szybki metabolizm zobaczyć świat w zwolnionym tempie. Subiektywne doświadczenie czasu jest zasadniczo po prostu subiektywne. Nawet osoby, które podczas rozmowy mogą wymieniać się wrażeniami, nie mogą być pewne, czy tak jest własne doświadczenie z doświadczeniami innych ludzi.

Muchy - wizja muchy i dlaczego trudno ją zabić

Istnieje jednak obiektywna miara, która prawdopodobnie koreluje z subiektywnym doświadczeniem. Nazywa się to krytyczną częstotliwością fuzji migotania CFF i jest to najniższa częstotliwość, przy której migoczące światło jest wytwarzane przez stałe źródło światła. Mierzy, jak szybko oczy zwierząt potrafią aktualizować obrazy, a tym samym przetwarzać informacje.

W przypadku ludzi średnia krytyczna częstotliwość migotania wynosi 60 herców (czyli 60 razy na sekundę). Dlatego właśnie częstotliwość odświeżania na ekranie telewizora jest zwykle ustawiana na tę wartość. Psy mają krytyczną częstotliwość migotania wynoszącą 80 Hz i dlatego prawdopodobnie nie lubią oglądać telewizji. Dla psa program telewizyjny wygląda jak mnóstwo zdjęć, które szybko się zmieniają.

Wyższa krytyczna częstotliwość migotania powinna stanowić przewagę biologiczną, ponieważ pozwala na szybszą reakcję na zagrożenia i możliwości. Muchy o krytycznej częstotliwości migotania wynoszącej 250 Hz są niezwykle trudne do zabicia. Złożona gazeta, która po uderzeniu wydaje się człowiekowi poruszać szybko, muchom sprawia wrażenie, jakby poruszała się w melasie.

Naukowiec Kevin Gealy zasugerował, że głównymi czynnikami ograniczającymi krytyczną częstotliwość migotania zwierzęcia są jego wielkość i tempo metabolizmu. Mały rozmiar oznacza, że sygnały docierają do mózgu na mniejszą odległość. Wysokie tempo metabolizmu oznacza, że dostępna jest większa ilość energii do ich przetworzenia. Przeszukanie literatury wykazało jednak, że nikt wcześniej nie interesował się tą problematyką.

Na szczęście dla Gili te same badania ujawniły również, że wiele osób badało krytyczną częstotliwość migotania u szerokiego zakresu gatunków z innych powodów. Wielu naukowców badało także tempo metabolizmu u wielu gatunków tego samego gatunku. Jednak dane dotyczące wielkości gatunków są powszechnie znane. Pozostało mu więc jedynie zbudować korelacje i zastosować wyniki innych badań na swoją korzyść. I właśnie to zrobił.

Aby ułatwić sobie zadanie badawcze, naukowiec zebrał dane dotyczące wyłącznie kręgowców – 34 gatunków. Na dolnym końcu skali znajdował się węgorz europejski z krytyczną częstotliwością migotania wynoszącą 14 Hz. Zaraz po nim następuje żółw skórzasty z krytyczną częstotliwością migotania wynoszącą 15 Hz. Gady z gatunku tuatara (tuatara) mają CFF 46 Hz. Rekiny młotowate, podobnie jak ludzie, mają CFF 60 Hz, a ptaki żółtopłetwe, podobnie jak kły, mają CFF 80 Hz.

Pierwsze miejsce zajęła susła złotawa o częstotliwości CFF 120 Hz. A kiedy Gili wykreślił CFF w zależności od wielkości zwierzęcia i tempa metabolizmu (które, co prawda, nie są zmiennymi niezależnymi, ponieważ małe zwierzęta mają zwykle wyższe tempo metabolizmu niż duże zwierzęta), znalazł dokładnie takie korelacje, jakie przewidywał.

Okazuje się, że jego hipoteza – jakoby ewolucja zmusza zwierzęta do widzenia świata w możliwie zwolnionym tempie – wygląda słusznie. Życie muchy może wydawać się ludziom krótkotrwałe, ale z punktu widzenia samych muchówek mogą one przetrwać podeszły wiek. Pamiętaj o tym, gdy następnym razem będziesz próbował (bezskutecznie) trafić kolejną muchę.