От гледна точка на насекоми

Смята се, че до 90% от знанията за външния свят човек получава с помощта на своя стереоскопично зрение. Зайците са придобили странично зрение, благодарение на което могат да виждат предмети, разположени отстрани и дори зад тях. При дълбоководните риби очите могат да заемат до половината от главата, а париеталното „трето око“ на миногата й позволява да се движи добре във водата. Змиите могат да видят само движещ се обект, но очите на сокола скитник са признати за най-бдителните в света, способни да проследят плячка от височина 8 км!

Но как виждат света представителите на най-големия и най-разнообразен клас живи същества на Земята – насекомите? Наред с гръбначните, на които те отстъпват само по размер на тялото, насекомите имат най-съвършеното зрение и сложни структури. оптични системиочи. Въпреки че сложните очи на насекомите нямат акомодация, в резултат на което могат да се нарекат късогледи, те, за разлика от хората, са в състояние да различават изключително бързо движещи се обекти. И благодарение на подредената структура на техните фоторецептори, много от тях имат истинско „шесто чувство“ - поляризирано зрение

Видението избледнява - моята сила,
Две невидими диамантени копия...
А. Тарковски (1983)

Трудно е да се надцени значението Света (електромагнитно излъчваневидим спектър) за всички жители на нашата планета. Слънчевата светлина служи като основен източник на енергия за фотосинтезиращи растения и бактерии, а косвено чрез тях и за всички живи организми в земната биосфера. Светлината пряко влияе върху цялото разнообразие от жизнени процеси при животните, от размножаването до сезонните промени в цвета. И, разбира се, благодарение на възприемането на светлината от специални сетивни органи, животните получават значителна (и често по-голямата част) от информацията за света около тях, те могат да различават формата и цвета на предметите, да определят движението на телата , ориентират се в пространството и др.

Зрението е особено важно за животните, способни активно да се движат в пространството: именно с появата на подвижните животни започва да се формира и подобрява зрителният апарат - най-сложният от всички известни сензорни системи. Такива животни включват гръбначни, а сред безгръбначните - главоноги и насекоми. Именно тези групи организми могат да се похвалят с най-сложните органи на зрението.

Визуалният апарат на тези групи обаче се различава значително, както и възприемането на изображения. Смята се, че насекомите като цяло са по-примитивни в сравнение с гръбначните, да не говорим за най-високото им ниво - бозайниците и, естествено, хората. Но точно толкова са различни визуално възприемане? С други думи, дали светът, видян през очите на едно малко същество, наречено муха, е много по-различен от нашия?

Мозайка от шестоъгълници

Зрителната система на насекомите по принцип не се различава от тази на другите животни и се състои от периферни организрение, нервни структури и образувания на центр нервна система. Но що се отнася до морфологията на зрителните органи, тук разликите са просто поразителни.

Всеки е запознат с комплекса фасетираночи на насекоми, които се срещат при възрастни насекоми или в ларви на насекоми, развиващи се с непълна трансформация, т.е. без какавиден стадий. Няма много изключения от това правило: това са бълхи (разред Siphonaptera), ветрилокрили (разред Strepsiptera), повечето сребърни рибки (семейство Lepismatidae) и целият клас криптогнати (Entognatha).

Сложното око прилича на кошницата на зрял слънчоглед: състои се от набор от фасети ( омматидия) – автономни приемници на светлинно излъчване, които имат всичко необходимо за регулиране на светлинния поток и формиране на изображение. Броят на фасетите варира значително: от няколко при четиноопашатите (разред Thysanura) до 30 хиляди при водните кончета (разред Aeshna). Изненадващо, броят на омматидиите може да варира дори в рамките на една систематична група: например редица видове земни бръмбари, живеещи на отворени пространстваа, те имат добре развити сложни очи с голяма сума ommatidia, докато при земните бръмбари, които живеят под камъни, очите са силно намалени и се състоят от малък брой ommatidia.

Горният слой на омматидиите е представен от роговицата (лещата) - част от прозрачна кутикула, секретирана от специални клетки, която е вид шестоъгълна двойно изпъкнала леща. Под роговицата на повечето насекоми има прозрачен кристален конус, чиято структура може да варира между различни видове. При някои видове, особено нощните, в светлопречупващия апарат има допълнителни структури, които играят главно ролята на антирефлексно покритие и увеличават пропускливостта на светлината на окото.

Изображението, образувано от лещата и кристалния конус, попада на фоточувствителен ретинална(зрителни) клетки, които са неврон с къса опашка-аксон. Няколко клетки на ретината образуват единичен цилиндричен сноп - ретинула. Във всяка такава клетка, от страната, обърната навътре, се намира омматидиумът рабдомер- специална формация от много (до 75-100 хиляди) микроскопични тръбички от власинки, чиято мембрана съдържа визуален пигмент. Както при всички гръбначни животни, този пигмент е родопсин- комплексно оцветен протеин. Благодарение на огромната площ на тези мембрани, фоторецепторният неврон съдържа голям броймолекули на родопсин (например при плодови мушици Дрозофилатова число надхвърля 100 милиона!).

Рабдомери на всички зрителни клетки, комбинирани в рабдом, и са фоточувствителни, рецепторни елементи на сложното око и цялата ретинула заедно съставлява аналог на нашата ретина.

Светлопречупващият и светлочувствителен апарат на фасета е заобиколен по периметъра от клетки с пигменти, които играят ролята на светлинна изолация: благодарение на тях светлинният поток, когато се пречупва, достига до невроните само на един омматидий. Но така са подредени фасетите в т.нар фотопиченочи, адаптирани към ярка дневна светлина.

Видовете, които водят здрач или нощен начин на живот, се характеризират с очи от различен тип - скотопичен. Такива очи имат редица адаптации към недостатъчен светлинен поток, например много големи рабдомери. В допълнение, в омматидиите на такива очи, светлоизолиращите пигменти могат да мигрират свободно в клетките, така че светлинният поток да достигне визуалните клетки на съседните омматидии. Това явление стои в основата на т.нар тъмна адаптацияочи на насекоми - повишена чувствителност на окото при слаба светлина.

Когато рабдомерите абсорбират светлинни фотони в клетките на ретината, нервни импулси, които се изпращат по аксоните към сдвоените оптични дялове на мозъка на насекомото. Всеки оптичен лоб има три асоциативни центъра, където се обработва потокът от визуална информация, идващ едновременно от много аспекти.

От един до тридесет

Според древни легенди някога хората са имали „трето око“, отговорно за екстрасензорното възприятие. Няма доказателства за това, но една и съща минога и други животни, като кичурият гущер и някои земноводни, имат необичайни светлочувствителни органи на „погрешното“ място. И в този смисъл насекомите не изостават от гръбначните: в допълнение към обичайните сложни очи, те имат малки допълнителни оцели - ocelliразположен на фронтопариталната повърхност и стъбла- отстрани на главата.

Оцелите се срещат главно в добре летящи насекоми: възрастни (при видове с пълна метаморфоза) и ларви (при видове с непълна метаморфоза). По правило това са три оцела, разположени под формата на триъгълник, но понякога средният или двата странични могат да липсват. Структурата на оцелите е подобна на ommatidia: под светлопречупваща леща те имат слой от прозрачни клетки (аналогично на кристален конус) и ретинална ретина.

Стъблата могат да бъдат намерени в ларви на насекоми, които се развиват с пълна метаморфоза. Техният брой и местоположение варира в зависимост от вида: от всяка страна на главата може да има от един до тридесет оцела. При гъсениците по-често се срещат шест оцела, подредени така, че всеки от тях има отделно зрително поле.

В различните разреди насекоми стъблото може да се различава една от друга по структура. Тези разлики вероятно се дължат на техния произход от различни морфологични структури. По този начин броят на невроните в едно око може да варира от няколко единици до няколко хиляди. Естествено, това се отразява на възприятието на насекомите за околния свят: ако някои от тях могат да видят само движението на светлината и тъмни петна, тогава другите са способни да разпознават размера, формата и цвета на предметите.

Както виждаме, стемите и омматидиите са аналози на единични фасети, макар и модифицирани. Въпреки това, насекомите имат други „резервни“ опции. Така някои ларви (особено от разред Diptera) са способни да разпознават светлина дори с напълно засенчени очи, използвайки фоточувствителни клетки, разположени на повърхността на тялото. А някои видове пеперуди имат така наречените генитални фоторецептори.

Всички такива фоторецепторни зони са структурирани по подобен начин и представляват клъстер от няколко неврона под прозрачна (или полупрозрачна) кутикула. Поради такива допълнителни „очи“ ларвите на двукрилите избягват открити пространства, а женските пеперуди ги използват, когато снасят яйца в сенчести места.

Фасетиран полароид

Какво могат да направят сложните очи на насекомите? Както е известно, всяко оптично лъчение може да има три характеристики: яркост, диапазон(дължина на вълната) и поляризация(ориентация на трептенията на електромагнитния компонент).

Насекомите използват спектралните характеристики на светлината, за да регистрират и разпознават обекти в околния свят. Почти всички от тях са способни да възприемат светлина в диапазона от 300-700 nm, включително ултравиолетовата част на спектъра, недостъпна за гръбначните животни.

обикновено, различни цветовевъзприеман различни областисложно око на насекоми. Такава „локална“ чувствителност може да варира дори в рамките на един и същи вид, в зависимост от пола на индивида. Често една и съща омматидия може да съдържа различни цветови рецептори. Така че, в пеперудите от рода Папилиодва фоторецептора имат зрителен пигмент с максимум на абсорбция 360, 400 или 460 nm, още два - 520 nm, а останалите - от 520 до 600 nm (Kelber et al., 2001).

Но това не е всичко, което окото на насекомото може да направи. Както бе споменато по-горе, в зрителните неврони фоторецепторната мембрана на рабдомералните микровили е сгъната в тръба с кръгло или шестоъгълно напречно сечение. Поради това някои молекули родопсин не участват в поглъщането на светлина поради факта, че диполните моменти на тези молекули са разположени успоредно на пътя на светлинния лъч (Говардовски и Грибакин, 1975). В резултат на това микроворсите придобиват дихроизъм– способността да абсорбира светлината по различен начин в зависимост от нейната поляризация. Увеличаването на поляризационната чувствителност на омматидия се улеснява и от факта, че молекулите на зрителния пигмент не са произволно разположени в мембраната, както при хората, а са ориентирани в една посока и освен това са твърдо фиксирани.

Ако окото е в състояние да различи два източника на светлина въз основа на техните спектрални характеристики, независимо от интензитета на излъчването, можем да говорим за цветно зрение. Но ако той направи това чрез фиксиране на поляризационния ъгъл, както в в такъв случай, имаме всички основания да говорим за поляризационно зрение на насекомите.

Как насекомите възприемат поляризирана светлина? Въз основа на структурата на омматидиума може да се приеме, че всички фоторецептори трябва да бъдат едновременно чувствителни както към определена дължина(и) на светлинните вълни, така и към степента на поляризация на светлината. Но в този случай може да има сериозни проблеми- така нареченият фалшиво цветово възприятие. По този начин светлината, отразена от лъскавата повърхност на листата или водната повърхност, е частично поляризирана. В този случай мозъкът, анализирайки данните от фоторецепторите, може да направи грешка при оценката на интензитета на цвета или формата на отразяващата повърхност.

Насекомите са се научили успешно да се справят с подобни трудности. Така при редица насекоми (предимно мухи и пчели) се образува рабдом в омматидии, които възприемат само цвят затворен тип, при които рабдомерите не контактуват един с друг. В същото време те също имат омматидии с обичайните прави рабдоми, които също са чувствителни към поляризирана светлина. При пчелите такива фасети са разположени по ръба на окото (Wehner and Bernard, 1993). При някои пеперуди изкривяванията в цветовото възприятие се елиминират поради значителна кривина на микровилите на рабдомерите (Kelber et al., 2001).

При много други насекоми, особено Lepidoptera, обичайните прави рабдоми се запазват във всички омматидии, така че техните фоторецептори са способни едновременно да възприемат както „цветна“, така и поляризирана светлина. Освен това всеки от тези рецептори е чувствителен само към определен поляризационен ъгъл на предпочитание и определена дължина на вълната на светлината. Това сложно визуално възприятие помага на пеперудите при хранене и снасяне на яйца (Kelber et al., 2001).

Непозната земя

Можете безкрайно да се ровите в характеристиките на морфологията и биохимията на окото на насекомото и все още ви е трудно да отговорите на толкова прост и в същото време невероятно сложен въпрос: как виждат насекомите?

За човек е трудно дори да си представи образите, които възникват в мозъка на насекомите. Но трябва да се отбележи, че днес е популярен мозаечна теория на зрението, според който насекомото вижда изображението под формата на своеобразен пъзел от шестоъгълници, не отразява съвсем точно същността на проблема. Факт е, че въпреки че всеки отделен аспект улавя отделно изображение, което е само част от цялата картина, тези изображения могат да се припокриват с изображения, получени от съседни аспекти. Следователно образът на света, получен с помощта на огромни очиводно конче, състоящо се от хиляди миниатюрни фасетни камери, и „скромното“ шестфасетно око на мравка, ще бъде много различно.

Относно зрителна острота (резолюция, т.е. способността да се разграничава степента на разчленяване на обектите), тогава при насекомите се определя от броя на фасетите на единица изпъкнала повърхност на окото, т.е. тяхната ъглова плътност. За разлика от хората, очите на насекомите нямат настаняване: радиусът на кривината на светлопроводимата леща не се променя. В този смисъл насекомите могат да бъдат наречени късогледи: те виждат повече подробности, колкото по-близо са до обекта на наблюдение.

В същото време насекомите със сложни очи са в състояние да различават много бързо движещи се обекти, което се обяснява с техния висок контраст и ниска инерция зрителна система. Например, човек може да различи само около двадесет светкавици в секунда, но пчелата може да различи десет пъти повече! Това свойство е жизненоважно за бързолетящите насекоми, които трябва да вземат решения по време на полет.

Цветните изображения, възприемани от насекомите, също могат да бъдат много по-сложни и необичайни от нашите. Например, цвете, което ни изглежда бяло, често крие в своите венчелистчета много пигменти, които могат да отразяват ултравиолетовата светлина. А в очите на насекомите опрашители блести с много пъстри нюанси – указатели по пътя към нектара.

Смята се, че насекомите „не виждат“ червения цвят, който в „ чиста форма"и е изключително рядък в природата (с изключение на тропическите растения, опрашвани от колибри). Въпреки това цветята, оцветени в червено, често съдържат други пигменти, които могат да отразяват късовълнова радиация. И ако смятате, че много насекоми са способни да възприемат не три основни цвята като човек, а повече (понякога до пет!), Тогава техните визуални изображения трябва да бъдат просто феерия от цветове.

И накрая, „шестото чувство“ на насекомите е поляризационно зрение. С негова помощ насекомите успяват да видят в света около себе си това, което хората могат да получат само бегла представа, използвайки специални оптични филтри. По този начин насекомите могат точно да определят местоположението на слънцето в облачно небе и да използват поляризирана светлина като „небесен компас“. А водните насекоми по време на полет откриват водни тела чрез частично поляризирана светлина, отразена от водната повърхност (Schwind, 1991). Но какви образи „виждат“ е просто невъзможно за човек да си представи...

Всеки, който по една или друга причина се интересува от зрението на насекомите, може да има въпрос: защо не са развили камерно око, подобно на човешкото око, със зеница, леща и други устройства?

На този въпрос веднъж беше даден изчерпателен отговор от изключителния американски физик теоретик, Нобелов лауреатР. Фейнман: „Това донякъде е възпрепятствано интересни причини. Първо, пчелата е твърде малка: ако имаше око, подобно на нашето, но съответно по-малко, тогава размерът на зеницата би бил от порядъка на 30 микрона и следователно дифракцията би била толкова голяма, че пчелата би все още не мога да видя по-добре. Твърде много малко око- Това не е хубаво. Ако такова око е направено с достатъчен размер, тогава то не трябва да бъде по-малко от главата на самата пчела. Стойността на комбинираното око се крие във факта, че не заема практически място - само тънък слой върху повърхността на главата. Така че преди да дадете съвет на пчела, не забравяйте, че тя има своите проблеми!

Ето защо не е изненадващо, че насекомите са избрали свой собствен път във визуалното опознаване на света. И за да го видим от гледна точка на насекоми, ще трябва да придобием огромни сложни очи, за да поддържаме обичайната си зрителна острота. Едва ли подобно придобиване би ни било полезно от еволюционна гледна точка. Всеки с вкуса си!

Литература

Тищенко В. П. Физиология на насекомите. М.: Висше училище, 1986, 304 S.

Klowden M. J. Физиологични системи при насекомите. Академ Прес, 2007. 688 с.

Nation J. L. Физиология и биохимия на насекомите. Второ издание: CRC Press, 2008 г.

Мухите живеят по-кратко от слоновете. Няма никакво съмнение. Но от гледна точка на мухите животът им наистина ли изглежда толкова по-кратък? Това по същество беше въпросът, зададен от Кевин Гийли от Тринити Колидж в Дъблин в статия, току-що публикувана в Animal Behavior. Неговият отговор: очевидно не. Тези малки мухи с бърз метаболизъм виждат света на забавен каданс. Субективното преживяване на времето е по същество само субективно. Дори хора, които могат да обменят впечатления, като говорят помежду си, не могат да знаят със сигурност дали техният собствен опит съвпада с опита на други хора.

Мухи - видението на мухата и защо е трудно да се убие

Но съществува обективна мярка, която вероятно корелира със субективния опит. Нарича се критична честота на трептене и сливане CFF и е най-ниската честота, при която трептящата светлина се произвежда от постоянен източник на светлина. Той измерва колко бързо очите на животните могат да актуализират изображения и по този начин да обработват информация.

За хората средната критична честота на трептене е 60 херца (т.е. 60 пъти в секунда). Ето защо честотата на опресняване на телевизионен екран обикновено е зададена на тази стойност. Кучетата имат критична честота на трептене от 80 Hz, поради което вероятно не им харесва да гледат телевизия. За едно куче телевизионната програма изглежда като много снимки, които бързо се сменят една друга.

По-високата критична честота на трептене трябва да представлява биологично предимство, тъй като позволява по-бързи реакции на заплахи и възможности. Мухите с критична честота на трептене от 250 Hz са известни като трудни за убиване. Сгънатият вестник, който изглежда, че човек се движи бързо, когато се удари, изглежда на мухите, сякаш се движи в меласа.

Ученият Кевин Гийли предположи, че основните фактори, ограничаващи критичната честота на трептене на животно, са неговият размер и скоростта на метаболизма. Малкият размер означава, че сигналите преминават по-малко разстояние до мозъка. Високата скорост на метаболизма означава, че има повече енергия за обработката им. Търсене в литературата обаче показа, че никой преди това не се е интересувал от този въпрос.

За щастие на Джили, същото търсене разкри също, че много хора са изследвали критичната честота на трептене на голямо количествовидове по други причини. Много учени също са изследвали скоростта на метаболизма при много от същите видове. Но данните за размера на видовете са общоизвестни. По този начин всичко, което трябваше да направи, беше да изгради корелации и да приложи резултатите от други изследвания в своя полза. Което и направи.

За да улесни изследването си, ученият взе данни, отнасящи се само за гръбначни животни - 34 вида. В долния край на скалата беше европейската змиорка с критична честота на трептене от 14 Hz. Тя е непосредствено последвана от кожестата костенурка с критична честота на трептене от 15 Hz. Влечугите от вида туатара (tuatara) имат CFF от 46 Hz. Акулите чук, заедно с хората, имат CFF от 60 Hz, а жълтоперите птици, както и кучетата, имат CFF от 80 Hz.

Първо място зае златната земна катерица с CFF 120 Hz. И когато Джили начерта CFF спрямо размера на животните и скоростта на метаболизма (които, разбира се, не са независими променливи, тъй като малките животни са склонни да имат по-високи скорости на метаболизма от големите животни), той откри точно корелациите, които прогнозира.

Оказва се, че неговата хипотеза - че еволюцията принуждава животните да виждат света във възможно най-забавен каданс - изглежда вярна. Животът на една муха може да изглежда краткотраен за хората, но от гледна точка на самите двукрили те могат да живеят до старост. Имайте това предвид следващия път, когато се опитате (неуспешно) да ударите друга муха.

Всеки, който някога се е опитвал да убие муха, разбира много добре, че това не е лесна задача. Някои отдават пропуските на мигновената реакция на мухите, други на остротата на зрението и панорамното зрение. Трябва да се каже, че и двамата са еднакво прави. Мухата лети наистина бързо и се движи моментално, затова е толкова трудно да я хванете.

Но главната причинасе крие именно в зрението на това насекомо, както и в структурата и броя на очите му.

Зрителните органи на обикновената муха са разположени отстрани на главата, където е много трудно да не забележите огромните изпъкнали очи на насекомото. Окото на това насекомо има сложна структура и се нарича фасетирано (от френската дума fasette - фасет). Факт е, че органът на зрението се формира от точно такива 6-странни единици - фасети, които външно наподобяват форма на пчелна пита (всяка такава част от окото на муха се вижда ясно под микроскоп). Тези единици се наричат ​​омматидии.

Има около 4 хиляди от тези фасети в окото на една муха, но това не е ограничението: много други насекоми имат много повече. Например пчелите имат 5000 фасети, някои пеперуди имат до 17 000, а при водните кончета броят на омматидиите е близо 30 000.

Всяка от тези 4 хиляди фасети може да види само малка част от цялото изображение, а мозъкът на насекомото сглобява този „пъзел“ в цялостната картина.

Най-старият екземпляр от мухата, на около 145 милиона години, е открит в Китай.

Как виждат мухите

Средно зрителната острота на мухите надвишава човешки възможности 3 пъти.

Тъй като очите на мухите са големи и изпъкнали, състоящи се от омматидии (фасети) от всички страни на повърхността на окото, тази структура позволява на насекомото спокойно да вижда във всички посоки едновременно - настрани, нагоре, напред и назад. Това панорамно виждане (наричано още кръгово виждане) помага на мухата да забележи навреме опасността и да се отдръпне незабавно, поради което е толкова трудно да я ударите. Освен това мухата е не само физически способна да вижда в различни посоки едновременно, но и целенасочено да се оглежда наоколо, сякаш разглежда цялото пространство около себе си едновременно.

Многобройните омматидии позволяват на мухата да следва мигащи и много бързо движещи се обекти, без да губи яснота на изображението. Относително казано, ако човешкото зрение е в състояние да улови 16 кадъра в секунда, то мухата е в състояние да улови 250-300 кадъра в секунда. Това качество е необходимо на мухите не само за улавяне на движения отстрани, но и за ориентация и висококачествено зрение по време на бърз полет.

Що се отнася до цвета на околните предмети, мухите виждат не само основните цветове, но и техните най-фини нюанси, включително ултравиолетовите, които природата не е дадена на хората да виждат. Оказва се, че мухата вижда Светътпо-весел от хората. Между другото, тези насекоми също виждат обема на предметите.

Брой очи

Както вече споменахме, 2 големи сложни очи са разположени отстрани на главата на мухата. При жените местоположението на органите на зрението е донякъде разширено (разделено от широко чело), ​​докато при мъжете очите са малко по-близо едно до друго.

Но по средната линия на челото, зад сложните сложни очи, има още 3 правилни (несъставни) очи за допълнително зрение. Най-често те влизат в действие, когато е необходимо да се разгледа обект отблизо, тъй като в този случай не е толкова необходимо сложно око с перфектно зрение. Оказва се, че мухите имат общо 5 очи.

Насекомите възприемат светлината по три начина: с цялата повърхност на тялото, с прости очи и със сложни, така наречените сложни очи.

Както показват експериментите, гъсеници, ларви на водни бръмбари, листни въшки, бръмбари (дори слепи пещерни бръмбари), брашнени червеи, хлебарки и, разбира се, много други насекоми усещат светлина по цялата повърхност на тялото си. Светлината прониква в главата през кутикулата и предизвиква съответни реакции в мозъчните клетки, които я възприемат.

Най-примитивните прости очи може би се намират в ларвите на някои комари. Това са пигментни петна с малък брой светлочувствителни клетки (често са само две или три). Ларвите на мухите (разред Hymenoptera) и бръмбарите имат по-сложни очи: петдесет или повече светлочувствителни клетки, покрити отгоре с прозрачна леща - удебеляване на кутикулата.

Червени очи на гъсеница. Снимка: Jes

От всяка страна на главата на ларвата на скачащия бръмбар има шест оцела, две от които са много по-големи от останалите (те съдържат 6 хиляди зрителни клетки). Виждат ли добре? Те едва ли ще могат да предадат на мозъка впечатление за формата на даден предмет. Въпреки това приблизителният размер на видяното се засича добре от две големи очи.

Ларвата седи във вертикална дупка, изкопана в пясъка. От разстояние 3-6 сантиметра тя забелязва жертва или враг. Ако пълзящото наблизо насекомо е с размери не повече от 3-4 милиметра, ларвата го хваща с челюстите си. Когато са повече, се скрива в дупка.
Пет или шест прости оцела от всяка страна на главите на гъсениците съдържат само една „ритинална пръчка“ - визуален елемент - и са покрити отгоре с леща, способна да концентрира светлина.

Всяко око поотделно не дава представа за формата на наблюдавания обект. Въпреки това, в експериментите гъсеницата показа невероятни способности. Тя вижда по-добре вертикални обекти от хоризонтални. От два стълба или дървета то избира по-високото и пълзи към него, дори ако всичките му най-обикновени очи са покрити с черна боя, оставяйки само едно. Във всеки този моменттой вижда само една светлинна точка, но гъсеницата обръща глава, разглеждайки с единственото си око различни точки от обекта на свой ред и това е достатъчно, за да може мозъкът й да формира приблизителна картина на това, което е видяла. Разбира се, това е неясно, неясно, но все пак гъсеницата забелязва показания й обект.

Простите очи са типични за ларвите на насекомите, но много възрастни също ги имат. Последните имат основното нещо - така наречените сложни или фасетирани очи: отстрани на главата. Те са съставени от множество удължени прости очи - омматидии. Всеки омматидий съдържа светловъзприемаща клетка, свързана чрез нерв с мозъка. Върху него има удължена леща. Както светлочувствителната клетка, така и лещата са заобиколени от светлонепропусклива обвивка от пигментни клетки. Отгоре е оставена само дупка, но там лещата е покрита с прозрачна кутикуларна роговица. Той е общ за всички омматидии, плътно прилежащи един към друг и обединени в едно сложно око. Може да съдържа само 300 омматидии (женски светулки), 4000 ( домашна муха), 9000 (плуващ бръмбар), 17 000 (пеперуди) и 10 000-28 000 за различни водни кончета.

Пеперудата монарх има сложни очи. Снимка: Моника Р.

Всяка омматидия предава на мозъка само една точка от цялата сложна картина на света около насекомото. От множеството отделни точки, виждани от всеки от омматидиите, в мозъка на насекомото се формира мозаечен „панел“ от пейзажни обекти.
При нощните насекоми (светулки, други бръмбари, молци) тази мозаечна картина на оптичното зрение е, така да се каже, по-размита. През нощта пигментните клетки, които отделят омматидиите на сложното око една от друга, се свиват и се придвижват нагоре към роговицата. Светлинните лъчи, влизащи във всеки фасет, се възприемат не само от неговата фоточувствителна клетка, но и от клетки, разположени в съседни омматидии. В крайна сметка сега те не са покрити с тъмни пигментни „завеси“. Така се постига по-пълно улавяне на светлината, която не е толкова много в тъмнината на нощта.

През деня пигментните клетки запълват всички пространства между омматидиите и всяка от тях възприема само тези лъчи, които са концентрирани от собствената си леща. С други думи, "суперпозиционното" око, както се нарича, на нощните насекоми, функционира през деня като "апозиционното" око на дневните насекоми.

Не по-малко важна от броя на фасетите, друга характеристика е зрителният ъгъл на всеки омматидий. Колкото по-малък е той, толкова по-висока е разделителната способност на окото и по-фините детайли на наблюдавания обект може да види. Оматидият уховертка има зрителен ъгъл от 8 градуса, докато пчелата има зрителен ъгъл от 1 градус. Изчислено е, че за всяка точка от мозаечната картина на това, което вижда една уховерка, пчелата има 64 точки. Следователно окото на пчелата улавя малките детайли на наблюдавания обект десетки пъти по-добре.
Но по-малко светлина прониква в окото с по-малък зрителен ъгъл. Следователно размерът на фасетите в сложните очи на насекомите не е еднакъв. В тези посоки, където е необходима по-голяма видимост и прецизното разглеждане на детайлите не е толкова необходимо, са разположени по-големи фасети. При конските мухи, например, фасетите в горната половина на окото са значително по-големи, отколкото в долната половина.
Някои мухи също имат подобни ясно разделени арени с омматидии с различни размери. Пчелата има различно разположение на фасетите: техният зрителен ъгъл по посока на хоризонталната ос на тялото е два до три пъти по-голям, отколкото във вертикалната.

Въртящите се бръмбари и мъжките еднодневки по същество имат две очи от всяка страна: едно с големи фасети и едно с малки фасети.
Спомнете си как една гъсеница, разглеждаща обект само с едно око (другите бяха покрити с боя), обаче може да създаде определена, макар и много груба, представа за неговата форма. Тя, като обърна глава, разгледа целия обект на части и паметовият апарат на мозъка събра всички точки, видени във всеки един момент, в едно впечатление. Насекомите със сложни очи правят същото: когато гледат нещо, те обръщат глави. Подобен ефект се постига без завъртане на главата, когато наблюдаваният обект се движи или когато самото насекомо лети. В движение сложните очи виждат по-добре, отколкото в покой.
Една пчела, например, е в състояние постоянно да държи в полезрението си обект, който мига 300 пъти в секунда. И окото ни дори няма да забележи шест пъти по-бавно трептене.

Насекомите виждат близки обекти по-добре от далечни. Те са много късогледи. Яснотата на видяното е много по-лоша от нашата.
Интересен въпрос: какви цветове различават насекомите? Експериментите показват, че пчелите и мършовите мухи виждат лъчите с най-къса дължина на вълната от спектъра (297 милимикрона), налични в слънчева светлина. Ултравиолетовото - за което очите ни са напълно слепи - се долавя и от мравки, молци и, очевидно, много други насекоми.

Очи на насекоми. Снимка: Лаборатория за инвентаризация и мониторинг на пчелите на USGS

Насекомите варират по чувствителност към противоположния край на спектъра. Пчелата е сляпа за червената светлина: за нея тя е същата като черната. Най-дългите дължини на вълните, които все още може да възприема, са 650 милимикрона (някъде на границата между червено и оранжево). Оси, обучени да летят до черни маси за храна, ги объркват с червени. Някои пеперуди, например сатири, също не виждат червено. Но други (уртикария, зеле) разграничават червения цвят. Рекордът обаче принадлежи на светулката: тя вижда тъмночервен цвят с дължина на вълната 690 милимикрона. Нито едно от изследваните насекоми не е било способно на това.
За човешкото око най-ярката част от спектъра е жълта. Експерименти с насекоми показват, че за някои зелената част от спектъра се възприема от окото като най-ярка, за пчела е ултравиолетова, а за мърша най-голяма яркост се наблюдава в червените, синьо-зелените и ултравиолетовите ленти от спектъра.

Несъмнено пеперудите, земните пчели, някои мухи, пчелите и други насекоми, които посещават цветята, различават цветовете. Но до каква степен и какво точно, все още знаем малко. Необходими са повече изследвания.
Най-много опити в това отношение са правени с пчели. Пчелата вижда света около себе си, боядисан в четири основни цвята: червено-жълто-зелено (не всеки от посочените поотделно, а заедно, заедно, като един непознат за нас цвят), след това синьо-зелено, синьо-виолетово и ултравиолетов. Тогава как да си обясним, че пчелите летят и до червени цветя, мак, например? Те, както и много бели и жълти цветяотразяват много ултравиолетови лъчи, така че пчелата ги вижда. Не знаем какъв цвят са за нейните очи.

Пеперудите очевидно имат цветно зрение, по-близко до нашето от пчелите. Вече знаем, че някои пеперуди (уртикарии и зелеви пеперуди) различават червения цвят. Те виждат ултравиолетовото, но не играе толкова голяма роля за тях, колкото във визуалното възприятие на пчелата. Тези пеперуди са най-привлечени от два цвята - синьо-виолетов и жълто-червен.
С различни методи е доказано, че много други насекоми различават цветовете и най-вече цветовете на растенията, с които се хранят или размножават. Някои ястребови молци, листни бръмбари, листни въшки, шведски мухи, сухоземни буболечки и водни буболечки са далеч от пълен списъктакива насекоми. Интересното е, че при смутитата само горната и задната част на окото имат цветно зрение, а долната и предната – не. Защо това е така, не е ясно.

В допълнение към възприемането на ултравиолетовите лъчи, друго свойство на очите на насекомите, което липсва на нашите очи, е чувствителността към поляризирана светлина и способността да се ориентирате по нея. Не само сложните очи, но и простите оцели, както показват експериментите с гъсеници и ларви на хименоптери, са способни да възприемат поляризирана светлина. Разгледани под електронен микроскопочите на някои и откри молекулярни структури в светлочувствителната пръчица на ретината, които очевидно действат като полароид.

Някои наблюдения от последните години са убедителни: нощните насекоми имат органи, които улавят инфрачервените лъчи.



Въпросът „Колко очи прави обикновена муха? не е толкова просто, колкото изглежда големи очиразположени отстрани на главата могат да се видят с просто око. Но в действителност структурата на зрителните органи на мухата е много по-сложна.

Ако погледнете увеличен изглед на очите на муха, можете да видите, че те са подобни на пчелна пита и са съставени от много отделни сегменти. Всяка част има формата на шестоъгълник с правилни ръбове. Оттук идва и името на тази структура на окото – фасет („фасета” в превод от френски означава „ръб”). Много членестоноги могат да се похвалят със сложни фасетни очи, а мухата далеч не държи рекорда по брой фасети: тя има само 4000 фасети, докато водните кончета имат около 30 000.

Клетките, които виждаме, се наричат ​​омматидии. Омматидиите имат конусовидна форма, чийто тесен край се простира дълбоко в окото. Конусът се състои от клетка, която възприема светлина, и леща, защитена от прозрачна роговица. Всички омматидии са плътно притиснати един към друг и свързани с роговицата. Всеки от тях вижда „своя“ фрагмент от картината и мозъкът поставя тези малки изображения в едно цяло.

Разположението на големите сложни очи е различно при женските и мъжките мухи. При мъжките очите са близо една до друга, докато при женските са по-раздалечени, тъй като имат чело. Ако погледнете муха под микроскоп, тогава в средата на главата над фасетните органи на зрението можете да видите три малки точки, подредени в триъгълник. Всъщност тези точки са прости очи.

Общо мухата има един чифт сложни очи и три прости - общо пет. Защо природата пое по толкова труден път? Факт е, че фасетната визия е създадена, за да покрие възможно най-много пространство с поглед и да улови движението. Такива очи изпълняват основни функции. С прости очи мухата беше „осигурена“ за измерване на нивото на осветеност. Сложните очи са основният орган на зрението, а простите очи са вторичен орган. Ако мухата нямаше прости очи, тя би била по-бавна и можеше да лети само при ярка светлина, а без сложни очи щеше да ослепее.

Как една муха вижда света около себе си?

Големите, изпъкнали очи позволяват на мухата да вижда всичко около себе си, тоест зрителният ъгъл е 360 градуса. Това е два пъти по-широко от човешко. Неподвижните очи на насекомото гледат едновременно в четирите посоки. Но зрителната острота на мухата е почти 100 пъти по-ниска от тази на човека!

Тъй като всяка омматидия е независима клетка, картината се оказва мрежа, състояща се от хиляди отделни малки изображения, които се допълват взаимно. Следователно за една муха светът е сглобен пъзел, състоящ се от няколко хиляди парчета, при това доста неясен. Насекомото вижда повече или по-малко ясно само на разстояние от 40 - 70 сантиметра.

Мухата е в състояние да различава цветове и дори поляризирана светлина и ултравиолетови, невидими за човешкото око. Окото на мухата усеща и най-малките промени в яркостта на светлината. Тя може да види слънцето, скрито от гъсти облаци. Но на тъмно мухите виждат лошо и водят предимно дневен начин на живот.

Друга интересна способност на мухата е нейната бърза реакция на движение. Една муха възприема движещ се обект 10 пъти по-бързо от човек. Той лесно "изчислява" скоростта на обект. Тази способност е жизненоважна за определяне на разстоянието до източника на опасност и се постига чрез „предаване“ на изображението от една клетка - ommatidia - към друга. Авиационните инженери се възползваха от тази особеност на зрението на мухата и разработиха устройство за изчисляване на скоростта на летящ самолет, повтаряйки структурата на окото му.

Благодарение на такова бързо възприятие, мухите живеят в по-бавна реалност в сравнение с нас. Движение, което продължава секунда, от човешка гледна точка се възприема от мухата като действие от десет секунди. Със сигурност хората им изглеждат много бавни същества. Мозъкът на насекомото работи със скоростта на суперкомпютър, като получава изображение, анализира го и предава съответните команди на тялото за хилядни от секундата. Ето защо не винаги е възможно да убиете муха.

И така, правилният отговор на въпроса "Колко очи има обикновена муха?" числото ще бъде пет. Основните са чифтен орган в мухата, както при много живи същества. Защо природата е създала точно три прости очи- остава загадка.