ГЛАЗА, СОЗДАЮЩИЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ
У более высокоорганизованных животных светочувствительные структуры все усложняются и в своей окончательной форме представляют собой превосходные приборы, создающие изображение, т. е. глаза. Такие хорошо развитые глаза имеются у представителей четырех типов животных: у червей, моллюсков, членистоногих и позвоночных. Глаза различны по строению и развитию, и надо полагать, что они развились в этих группах животных независимо друг от друга.
Глаза, создающие изображение, бывают двух типов: фасеточные, как у насекомых, или с одной линзой, подобные фотокамере, как у позвоночных (рис. 12.2). У фасеточного глаза разрешающая’ способность одна и та же независимо от того, далеко находится предмет или совсем близко, но глаз с одной линзой (хрусталиком) должен обладать каким-то фокусирующим приспособлением, чтобы работать одинаково хорошо на разных расстояниях. Интересно, что у тех немногих червей, у которых глаза хорошо развиты и создают изображение, встречаются и фасеточные, и хрусталиковые (камерные) глаза.
Рис. 12.2. Глаза позвоночных и некоторых беспозвоночных имеют хрусталик н действуют по тому же принципу, что и фотокамера. Насекомые обладают сложными глазами, в которых изображение создается комбинацией отдельных элементов. На рисунке показано строение глаза у млекопитающего (А), осьминога (Б), насекомого (В) и кольчатого червя (Г).
ДИАПАЗОН ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
Те длины волн, которые человек воспринимает как свет, лежат в очень узком участке — от 380 до 760 нм — того широкого спектра электромагнитного излучения, который охватывает область от чрезвычайно коротковолновых гамма-лучей до длинных радиоволн (рис. 12.3).
Рис. 12.3. Спектр электромагнитных излучений от самых коротких космических лучей до длинных радиоволн. Как свет воспринимается только узкая полоса приблизительно от 380 до 760 нм. Энергия, которую несет каждый квант электромагнитного излучения, возрастает в 10 раз на каждое десятикратное укорочение волны. Ф — фиолетовый, С — синий, 3 — зеленый, Ж — желтый, О — оранжевый, К — красный.
Зрительная чувствительность у всех других животных лежит в том же или очень близком диапазоне длин волн. Удивительно, что не только животные, но и растения реагируют на свет в этом же диапазоне. Это относится и к фотосинтезу, и к ростовым реакциям на свет (фототропизму) у растений. Причина такого универсального значения очень узкой полосы электромагнитного спектра проста. Энергия, которую несет каждый квант излучения, обратно пропорциональна длине волны. Поэтому энергия кванта, соответствующего более длинным волнам, недостаточна, чтобы вызвать заметный фотохимический эффект, а более короткие волны (ультрафиолетовые и короче) несут столько энергии, что оказывают на органические вещества разрушительное действие. Универсальное биологическое использование того, что мы называем «светом», — это результат исключительной «пригодности» именно этих длин волн.
Их диапазон не в точности один и тот же для всех животных. Например, зрение насекомых заходит в ближнюю ультрафиолете-' вую часть спектра, т. е. в область несколько более коротких волщ чем зрение позвоночных (фото 12.1). Это видно из способности медоносных пчел отличать любой спектральный цвет между 313 и 615 нм от белого света — способности, которая не зависит от интенсивности света и, следовательно, должна быть основана на раз-'
личении длин волны («цветовое» зрение) (Kuhn, 1927). Сетчатка млекопитающих тоже была бы чувствительна к ультрафиолетовым лучам, но они не доходят до нее главным образом из-за некоторой желтизны хрусталика, который действует как фильтр.
Это сужение полосы воспринимаемых длин волн, пожалуй, имеет свои преимущества.
Фото 12.1. Зрение насекомых. То, что из раскраски цветка воспринимает пчела, поразительно отличается от того, что видит глаз человека. Человеческому глазу цветок болотной калужницы (Caltha palustris) представляется однородным ярко-желтым (вверху); на снимке в ультрафиолете (внизу) выявляется резкий рисунок, который служит указателем нектара, направляющим пчел к источнику пищи. (Фото предоставлено Т. Eisner, Cornell Uniwersity.)
ми преломления. Для глаза, который не обладает цветовой коррекцией, самый простой способ уменьшить трудность одновременного фокусирования волн разной длины состоит в сужении полосы тех длин волн, которые могут попасть в него. Поэтому лучше всего устранить самые короткие волны, для которых ошибка рефракции имеет наибольшую величину. Для насекомых с их нефокусирующими сложными глазами это несущественно, так как разрешение определяется угловым расстоянием между отдельными элементами глаза.
ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА: ПИГМЕНТЫ СЕТЧАТКИ
Для того чтобы сенсорные нейроны сетчатки реагировали на свет, должно быть поглощено достаточное число световых квантов. Это достигается с помощью светопоглощающего пигмента. Самый известный из таких пигментов — родоспин, который содержится в палочках глаза у позвоночных (палочки — это элементы сетчатки, ответственные за сумеречное зрение, а колбочки, о которых речь пойдет дальше, функционируют при ярком освещении и участвуют в восприятии цвета).
Родоспин можно извлечь из сетчатки животного, глаза которого полностью адаптированы к темноте. Он светочувствителен и, если подвергнуть его действию света, распадается на ретинен — вещество, очень близкое к витамину А, и белок, называемый опси- ном. Это первый этап в рецепции света палочками в глазу позвоночного животного.
Самым веским указанием на роль родопсина в зрительном процессе служит тот факт, что если родопсин разрушен воздействием
Рис. 12.4. Относительная чувствительность темноадаптированного глаза человека к волнам различной длины и спектр поглощения зрительного пигмента (в про.- центах от максимальной величины). (Crescitelli, Dartnall, 1953.)
на глаз яркого света, то глаз становится нечувствительным к слабому свету, пока родопсин не регенерируется. Другой убедительный довод — то, что в спектре поглощения родопсина максимум находится при 497 нм. Этот максимум и весь спектр поглощения совпадают с максимумом и спектром чувствительности человече^- ского глаза при слабом свете (рис. 12.4).
Труднее было установить роль пигментов в Восприятии света колбочками, прежде всего из-за тех сложностей, с которыми связано извлечение соответствующих пигментов. Давно уже было ясно, что для восприятия цвета недостаточно одного пигмента и что наличием трех пигментов с пиками поглощения в синей, зеленой и красной частях спектра можно объяснить различение всех видимых нами цветов (трихроматическая теория зрения).
Трудности были преодолены путем измерения спектров поглощения непосредственно в человеческом глазу. Проводя с помощью остроумных приборов измерения на отдельных колбочках, удалось показать, что имеются три вида колбочек: чувствительные к синему свету — с максимумом поглощения около 450 нм, к зеленому — с максимумом поглощения около 525 нм и к красному — с максимумом поглощения при 555 нм. По-видимому, с колбочками этих трех типов и связано цветовое зрение человека на ярком свету (Brown, Wald, 1964).
Спектральная чувствительность человеческого глаза согласуется с трехпигментной теорией и измеренными спектрами поглощения. Кроме того, все, что известно о дефектах цветового зрения у человека (часто называемых цветовой слепотой), находит удовлетворительное объяснение на основе свойств тех же трех пигментов (Wald, 1964; Rushton, 1972).
Еще по теме ГЛАЗА, СОЗДАЮЩИЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ:
- Как создать игровые фигуры?
- Первое место на изображениях занимают охотничьи собаки...
- Методы изображения ареалов и проведения их границ
- КОГДА ГЛАЗА ЛЕЗУТ НА ЛОБ
- Лимфатическая система глаза.
- АНАТОМИЯ ГЛАЗА
- Паразиты в передней камере глаза.
- Кровеносная система глаза.
- Вспомогательные органы глаза (Organa oculi accessoria).
- Кровоизлияния в переднюю камеру глаза.
- HE ПОПАДАЙСЯ HA ГЛАЗА НИ ВРАГАМ, НИ ЖЕРТВАМ
- БОЛЕЗНИ, ПОРАЖАЮЩИЕ ВСЕ ЧАСТИ ГЛАЗА
- «ВПЕРЕДСМОТРЯЩИЕ»