Юрий Симаков - Животные анализируют мир
Очень много существует разновидностей глаз, устроенных по типу фотокамеры, но такой тип глаза занимает только шесть процентов у всех видов животных. Большинство же обладает сложными фасеточными глазами — такими, как у насекомых и ракообразных.
Принцип работы сложного глаза следующий: каждый глазок видит свое изображение, но в мозгу животного создается общая объемная картина окружающего мира. Глазки сложного глаза напоминают трубочки, у которых есть своя фокусирующая система, построенная из двух линз, выпуклой роговицы и хрусталика. У стрекозы, отличного охотника, каждый сложный глаз, занимающий почти половину головы, состоит из двадцати восьми тысяч глазков. А у муравья их так мало, что своими глазами он способен лишь отличить свет от тьмы. Однако волноваться за муравья не стоит, другие «живые приборы», которыми он наделен, помогают ему определять форму предметов в полной темноте, но об этом позже.
Ученые не раз пытались узнать, как видит сложный глаз насекомого или ракообразного. Немецкий физиолог Экснер сфотографировал окно сквозь фасетчатый глаз светляка. На фотографии видны и расплывчатый оконный переплет, и неясные очертания собора, находящегося за окном. Это позволило предположить, насколько неопределенно видят окружающий мир насекомые. Когда же появилась возможность регистрировать с помощью микроэлектродов биотоки, идущие от отдельных клеток, то оказалось, что зрение насекомых куда лучше, чем предполагали ученые. Каждый отдельный глазок различает изображение той или иной части рассматриваемой картины. Правда, пока еще остается загадкой, каким образом эти фрагменты изображения, часто повторяющиеся в нервных клетках насекомого, превращаются в стройную картину окружающего мира. То, что сначала казалось простым, требует еще немало усилий для изучения. Сложные глаза насекомых и ракообразных могут видеть то, что недоступно нашему взору. Во-первых, ультрафиолетовые лучи, а во-вторых, поляризованный свист.
Если выйти на цветущий луг, взору предстает пестрый, разноцветный ковер. Вот стоят красные маки, а для пчел они «ультрафиолетовые». К сожалению, мы никогда не видели и не увидим этих лучей, а поэтому и не можем представить, какие они. Белые цветы пчелы воспринимают как голубовато-зеленые. Зато синие и фиолетовые расцветки для насекомых несут множество оттенков и красок. Ибо как раз синий и фиолетовый тона цветов отражают самое разнообразное количество лучей самой различной длины видимого спектра.
Сложный глаз пчел, раков также видит поляризованный свет. Представьте себе хотя бы на минуту, что мы смогли увидеть поляризованный свет. Тогда небо, вода рек и озер покрылись бы сложным узором. И даже Солнце, закрытое облаками или тучами, можно было бы «видеть», вернее, точно узнавать его местоположение, используя рисунок поляризованных лучей. Словом, Солнце можно было бы использовать для ориентирования при любой погоде.
Мир существ с фасеточными глазами велик и разнообразен. Здесь можно встретить и огромного рака-мечехвоста, достигающего в длину девяноста сантиметров. Древнейший вид рака, который существует на Земле четыреста двадцать пять миллионов лет, оказывается, может своими сложными глазами увеличивать контрастность видимой им картины. Чтобы изменить контрастность изображения на телевизионном экране, нужна сложная электроника, а у мечехвоста вся его «электроника» скрыта в небольшом фасеточном глазу.
Могло бы насекомое, обладающее сложными глазами, воспринимать телевизионную передачу или смотреть кино? Если человеку показывать десять изображений в секунду, то он еще различит отдельные зрительные образы, а если шестнадцать, то все сольется в непрерывное действие. Больше шестнадцати раз в секунду меняются кадры на телеэкране или экране кинотеатра, и мы наблюдаем непрерывное действие людей и движение предметов. Мухе или пчеле надо двести смен кадров в секунду, чтобы они воспринимали непрерывное движение. Поэтому на наших телеэкранах и киноэкранах насекомые могли бы видеть отдельно меняющиеся картинки. А свет ламп дневного света, зажигающихся и гаснущих пятьдесят раз в секунду, который мы воспринимаем как непрерывный, для насекомых был бы мигающим.
В ходе эволюции животных постепенно отработались «живые приборы» необычайного зрения. Наверное, мало кто слышал о сканирующем глазе, который работает по тому же принципу, что и телевизионная трубка. Сканирующим глазом обладает маленький членистоногий рачок — копилия. Большим хрусталиком смотрит на мир этот глаз, а фокусируется изображение с этой линзы не на сетчатку, а в пустое пространство глазной камеры. Изображение улавливается всего-навсего одним светочувствительным рецептором, прикрепленным к тонкому мышечному пучку, который перемещает его в глазу, словно электронный луч в светочувствительной трубке телекамеры.
Другие животные обходятся без хрусталика, и глаз у них напоминает камеру с точечным отверстием. Головоногий моллюск наутилус, родственник осьминога и кальмара, со странными большими глазами и очень маленьким зрачком, как раз использует для своего зрения настоящую камеру-обскуру. У такой камеры-глаза есть большое преимущество: на каком бы расстоянии ни рассматривался предмет, его изображение всегда будет сфокусировано на сетчатке. Жаль только, что через узкое отверстие зрачка проходит мало световых лучей, поэтому при плохом освещении наутилус многого не различает.
Животные используют почти все известные оптические приспособления. Единственное, чего еще не удалось обнаружить, так это глаза, работающие по принципу вогнутого зеркала. И то у ночных бабочек, о которых уже говорилось, на флуоресцирующий пигмент инфракрасные лучи фокусируются вогнутым тапетумом — кристалликами; составляющими зеркало.
Не менее совершенны глаза человека. Они способны видеть днем и ночью, различать цвета и определять объемность изображения за счет бинокулярного зрения. Каждое из этих свойств может быть сильно развито в необыкновенных глазах животных, зато такие глаза теряют свою универсальность по сравнению с нашими.
Человеческий глаз, приняв на себя многие функции, свойственные глазам отдельных животных, конечно же, не лишен недостатков. Зато какими способностями он обладает! И часто то, что нам кажется обычным, на самом деле должно вызывать восхищение.
Возьмем хотя бы цветное зрение. Только у обезьян оно такое же полное, как у нас. А кошки и собаки воспринимают мир как бы частично подкрашенным. Правда, осьминоги, пчелы, некоторые пауки обладают цветным зрением и достаточно совершенным, но оно сильно отличается от нашего. Совсем другие спектры принимают фоторецепторы их сетчатки, и другие картины предстают перед их глазами.
А диапазон освещенности, который улавливает человеческий глаз? Разве может с ним сравниться самый совершенный фотоаппарат и пусть даже сотни пленок самой различной чувствительности? Нашему глазу и в сумерках, и при ярком солнечном свете помогает справиться с этим сетчатка и вся оптическая система.
Сначала ученые считали, что чувствительность глаза зависит от количества необесцветившегося фотопигмента. Однако все оказалось значительно сложнее.
Американскому исследователю У. Раштону удалось показать, что сетчатка работает как сложная электронная машина с обратной связью. Исследовав глаз человека, ученые установили, что рецептор, освещенный ярким светом и истративший весь зрительный пигмент, не бездействует, а, наоборот, начинает посылать в управляющий центр (зрительную часть мозга) сигналы, которые усиливаются в мозгу и в виде нервных импульсов идут обратно к фоторецепторам, заставляя их посылать новые сигналы. Происходит нервно-световое «замыкание». И несмотря на то что эти несколько минут зрительный пигмент не восстанавливается, человек не прекращает видеть на сильном свету.
Глаза ящериц, как известно, имеют оранжевый светофильтр. Оказывается, в глазу человека хрусталик выполняет не только роль линзы, но и светофильтра. Хрусталик нашего глаза отсекает от видимой части спектра ультрафиолетовые лучи. Не будь у нас его, мы тоже могли бы частично воспринимать мир в ультрафиолетовых лучах. В самом деле, люди, у которых удален хрусталик по поводу катаракты и заменен стеклянными линзами-очками, видят предметы в ультрафиолетовом свете. Они даже читают таблицу для проверки зрения при ультрафиолетовом освещении. Обычно люди при таком свете ничего не видят.
Сейчас многие исследователи считают, что цветное зрение человека включает три типа реакций, каждая из которых отвечает за видение либо желтого, либо синего, либо же красного цвета. Есть даже мнение, что люди не всегда на протяжении своей истории одинаково видели цвета, и аппарат цветного зрения эволюционирует вместе с развитием человека. Древние документы вроде бы подтверждают, что люди на заре своего развития не могли различать коротковолновую часть видимого спектра. Конечно, может оказаться, что Гомер, назвав море в своих произведениях «виноцветным», применил метафору, но если внимательно проследить за всеми лингвистическими примерами, то они убедительно доказывают, что в далеком прошлом люди слабо различали зеленый, синий и голубой цвета. Исследования американского ученого Ж. Молдона показали, что синечувствительные колбочки значительно отличаются от системы желтых и красных колбочек. Это указывает на их независимое и, скорее всего, более позднее развитие.
