Fra et insekts synspunkt

Det antas at opptil 90% av kunnskapen om omverdenen en person mottar ved hjelp av sin stereoskopisk syn. Harer har fått sidesyn, takket være at de kan se gjenstander plassert på siden og til og med bak dem. Hos dyphavsfisk kan øynene oppta opptil halvparten av hodet, og det parietale "tredje øyet" til lampreyen lar den navigere godt i vannet. Slanger kan bare se et objekt i bevegelse, men øynene til vandrefalken er anerkjent som de mest årvåkne i verden, i stand til å spore opp byttedyr fra en høyde på 8 km!

Men hvordan ser representanter for den største og mest mangfoldige klassen av levende skapninger på jorden – insekter – verden? Sammen med virveldyr, som de bare er dårligere enn i kroppsstørrelse, er det insekter som har det mest perfekte synet og komplekse strukturer. optiske systemerøyne. Selv om de sammensatte øynene til insekter ikke har innkvartering, som et resultat av at de kan kalles nærsynte, er de, i motsetning til mennesker, i stand til å skille ekstremt raskt bevegelige objekter. Og takket være den ordnede strukturen til fotoreseptorene deres, har mange av dem en ekte "sjette sans" - polarisert syn

Synet blekner - min styrke,
To usynlige diamantspyd...
A. Tarkovsky (1983)

Det er vanskelig å overvurdere betydningen Sveta (elektromagnetisk stråling synlig spektrum) for alle innbyggere på planeten vår. Sollys tjener som hovedkilden til energi for fotosyntetiske planter og bakterier, og, indirekte gjennom dem, for alle levende organismer i jordens biosfære. Lys påvirker direkte hele mangfoldet av dyrelivsprosesser, fra reproduksjon til sesongmessige fargeendringer. Og selvfølgelig, takket være oppfatningen av lys fra spesielle sanseorganer, mottar dyr en betydelig (og ofte mest) del av informasjonen om verden rundt dem, de kan skille form og farge på gjenstander, bestemme bevegelsen til kropper orientere seg i rommet osv.

Syn er spesielt viktig for dyr som er i stand til å bevege seg aktivt i rommet: det var med fremveksten av mobile dyr at det visuelle apparatet begynte å dannes og forbedres - det mest komplekse av alle kjente sensoriske systemer. Slike dyr inkluderer virveldyr og blant virvelløse dyr - blekksprut og insekter. Det er disse gruppene av organismer som kan skryte av de mest komplekse synsorganene.

Det visuelle apparatet til disse gruppene er imidlertid betydelig forskjellig, det samme gjør oppfatningen av bilder. Det antas at insekter generelt er mer primitive sammenlignet med virveldyr, for ikke å nevne deres høyeste nivå - pattedyr, og, naturlig nok, mennesker. Men så forskjellige er de visuell oppfatning? Med andre ord, er verden sett gjennom øynene til en liten skapning kalt en flue mye forskjellig fra vår?

Mosaikk av sekskanter

Det visuelle systemet til insekter er i prinsippet ikke forskjellig fra andre dyrs og består av perifere organer syn, nervestrukturer og formasjoner av sentralen nervesystemet. Men når det gjelder morfologien til de visuelle organene, her er forskjellene ganske enkelt slående.

Alle er kjent med kompleks fasettert insektøyne, som finnes hos voksne insekter eller hos insektlarver som utvikler seg med ufullstendig transformasjon, dvs. uten puppestadiet. Det er ikke mange unntak fra denne regelen: disse er lopper (orden Siphonaptera), viftevinger (orden Strepsiptera), de fleste sølvfisk (familien Lepismatidae) og hele klassen av kryptognathans (Entognatha).

Det sammensatte øyet ser ut som kurven til en moden solsikke: det består av et sett med fasetter ( ommatidia) – autonome lysstrålingsmottakere som har alt nødvendig for å regulere lysstrømmen og danne et bilde. Antall fasetter varierer sterkt: fra flere i busthaler (orden Thysanura) til 30 tusen hos øyenstikkere (orden Aeshna). Overraskende nok kan antallet ommatidier variere selv innenfor en systematisk gruppe: for eksempel en rekke arter av jordbiller som lever på åpne plasser ah, de har velutviklede sammensatte øyne med stort beløp ommatidia, mens hos malte biller som lever under steiner, er øynene sterkt redusert og består av et lite antall ommatidia.

Det øvre laget av ommatidia er representert av hornhinnen (linsen) - en del av gjennomsiktig kutikula utskilt av spesielle celler, som er en slags sekskantet bikonveks linse. Under hornhinnen til de fleste insekter er det en gjennomsiktig krystallinsk kjegle, hvis struktur kan variere mellom forskjellige typer. Hos noen arter, spesielt de som er nattaktive, er det ytterligere strukturer i det lysbrytende apparatet som hovedsakelig spiller rollen som et antireflekterende belegg og øker øyets lystransmisjon.

Bildet som dannes av linsen og krystallkjeglen faller på lysfølsomt retinal(visuelle) celler, som er et nevron med et kort haleakson. Flere retinale celler danner en enkelt sylindrisk bunt - retinula. Inne i hver slik celle, på siden som vender innover, er ommatidium lokalisert rhabdomer- en spesiell formasjon av mange (opptil 75-100 tusen) mikroskopiske villi-rør, hvis membran inneholder visuelt pigment. Som i alle virveldyr er dette pigmentet rhodopsin- komplekst farget protein. På grunn av det enorme området til disse membranene inneholder fotoreseptorneuronen et stort nummer av rhodopsin-molekyler (for eksempel i fruktfluer Drosophila dette tallet overstiger 100 millioner!).

Rabdomerer av alle synsceller, kombinert til rabdom, og er lysfølsomme, reseptorelementer i det sammensatte øyet, og hele netthinnen utgjør til sammen en analog av netthinnen vår.

Det lysbrytende og lysfølsomme apparatet til fasetten er omgitt langs omkretsen av celler med pigmenter, som spiller rollen som lysisolasjon: takket være dem når lysfluksen, når den brytes, nevronene til bare en ommatidia. Men slik er fasettene ordnet i den såkalte fotobildeøyne tilpasset sterkt dagslys.

Arter som fører en skumring eller nattlig livsstil er preget av øyne av en annen type - scotopic. Slike øyne har en rekke tilpasninger til utilstrekkelig lysstrøm, for eksempel veldig store rabdomerer. I tillegg, i ommatidia til slike øyne, kan lysisolerende pigmenter migrere fritt inne i cellene, slik at lysstrømmen kan nå synscellene til naboommatidia. Dette fenomenet ligger til grunn for den såkalte mørk tilpasning insektøyne - økt følsomhet av øyet i lite lys.

Når rabdomerer absorberer lysfotoner i netthinneceller, nerveimpulser, som sendes langs aksoner til de parede optiske lappene i insekthjernen. Hver optisk lobe har tre assosiative sentre, hvor strømmen av visuell informasjon som samtidig kommer fra mange fasetter behandles.

Fra ett til tretti

I følge eldgamle legender hadde folk en gang et "tredje øye" som var ansvarlig for ekstrasensorisk persepsjon. Det er ingen bevis for dette, men den samme lampreyen og andre dyr, som tuftet øgle og noen amfibier, har uvanlige lysfølsomme organer på "feil" sted. Og i denne forstand henger ikke insekter etter virveldyr: i tillegg til de vanlige sammensatte øynene, har de små ekstra ocelli - ocelli lokalisert på den frontoparietale overflaten, og stengler- på sidene av hodet.

Ocelli finnes hovedsakelig hos godt flygende insekter: voksne (hos arter med fullstendig metamorfose) og larver (hos arter med ufullstendig metamorfose). Som regel er dette tre ocelli arrangert i form av en trekant, men noen ganger kan den midterste eller to laterale mangle. Strukturen til ocelli ligner på ommatidia: under en lysbrytende linse har de et lag med gjennomsiktige celler (analogt med en krystallinsk kjegle) og en netthinnen.

Stemmaer kan finnes i insektlarver som utvikler seg med fullstendig metamorfose. Antallet og plasseringen varierer avhengig av arten: på hver side av hodet kan det være fra en til tretti ocelli. Hos larver er seks ocelli mer vanlige, arrangert slik at hver av dem har et eget synsfelt.

I forskjellige rekkefølger av insekter kan stemma avvike fra hverandre i struktur. Disse forskjellene skyldes muligens deres opprinnelse fra forskjellige morfologiske strukturer. Dermed kan antallet nevroner i ett øye variere fra flere enheter til flere tusen. Naturligvis påvirker dette insektenes oppfatning av omverdenen: hvis noen av dem bare kan se bevegelsen av lys og mørke flekker, så er andre i stand til å gjenkjenne størrelsen, formen og fargen på objekter.

Som vi ser, er både stemmas og ommatidia analoger av enkeltfasetter, om enn modifisert. Imidlertid har insekter andre "backup"-alternativer. Dermed er noen larver (spesielt fra ordenen Diptera) i stand til å gjenkjenne lys selv med fullstendig skyggelagte øyne ved å bruke lysfølsomme celler plassert på overflaten av kroppen. Og noen arter av sommerfugler har såkalte genitale fotoreseptorer.

Alle slike fotoreseptorsoner er strukturert på lignende måte og representerer en klynge av flere nevroner under en gjennomsiktig (eller gjennomskinnelig) kutikula. På grunn av slike ekstra "øyne" unngår dipteran-larver åpne områder, og hunnsommerfugler bruker dem når de legger egg i skyggefulle områder.

Fasettert polaroid

Hva kan de komplekse øynene til insekter gjøre? Som kjent kan enhver optisk stråling ha tre egenskaper: lysstyrke, område(bølgelengde) og polarisering(orientering av oscillasjoner av den elektromagnetiske komponenten).

Insekter bruker lysets spektrale egenskaper for å registrere og gjenkjenne objekter i verden rundt. Nesten alle av dem er i stand til å oppfatte lys i området fra 300-700 nm, inkludert den ultrafiolette delen av spekteret, utilgjengelig for virveldyr.

Som oftest, forskjellige farger oppfattet ulike områder sammensatt øye av insekter. Slik "lokal" følsomhet kan variere selv innenfor samme art, avhengig av individets kjønn. Ofte kan samme ommatidia inneholde forskjellige fargereseptorer. Så, i sommerfugler av slekten Papilio to fotoreseptorer har et visuelt pigment med et absorpsjonsmaksimum på 360, 400 eller 460 nm, to til - 520 nm, og resten - fra 520 til 600 nm (Kelber et al., 2001).

Men dette er ikke alt insektøyet kan gjøre. Som nevnt ovenfor, i visuelle nevroner, er fotoreseptormembranen til den rabdomerale mikrovilli foldet til et rør med sirkulært eller sekskantet tverrsnitt. På grunn av dette deltar ikke noen rhodopsin-molekyler i lysabsorpsjon på grunn av at dipolmomentene til disse molekylene er plassert parallelt med lysstrålens bane (Govardovsky og Gribakin, 1975). Som et resultat erverver mikrovillus dikroisme– evnen til å absorbere lys forskjellig avhengig av polarisasjonen. Økningen i polarisasjonsfølsomheten til ommatidium lettes også av det faktum at molekylene til det visuelle pigmentet ikke er tilfeldig plassert i membranen, som hos mennesker, men er orientert i én retning, og dessuten er stivt fiksert.

Hvis øyet er i stand til å skille mellom to lyskilder basert på deres spektrale egenskaper, uavhengig av intensiteten på strålingen, kan vi snakke om fargesyn. Men hvis han gjør dette ved å fikse polarisasjonsvinkelen, som i i dette tilfellet, vi har all grunn til å snakke om polarisasjonssyn av insekter.

Hvordan oppfatter insekter polarisert lys? Basert på strukturen til ommatidium kan det antas at alle fotoreseptorer må være samtidig følsomme for både en viss lengde(r) av lysbølger og graden av polarisering av lys. Men i dette tilfellet kan det være det alvorlige problemer- den såkalte falsk fargeoppfatning. Dermed blir lys som reflekteres fra den blanke overflaten av blader eller vannoverflaten delvis polarisert. I dette tilfellet kan hjernen, ved å analysere fotoreseptordata, gjøre en feil ved å vurdere fargeintensiteten eller formen til den reflekterende overflaten.

Insekter har lært å takle slike vanskeligheter. Hos en rekke insekter (først og fremst fluer og bier) dannes det en rabdom i ommatidia som bare oppfatter farge lukket type, der rabdomerer ikke kontakter hverandre. Samtidig har de også ommatidia med de vanlige rette rabdomene, som også er følsomme for polarisert lys. Hos bier er slike fasetter plassert langs øyekanten (Wehner og Bernard, 1993). Hos noen sommerfugler elimineres forvrengninger i fargeoppfatningen på grunn av betydelig krumning av mikrovilli i rabdomerene (Kelber) et al., 2001).

Hos mange andre insekter, spesielt Lepidoptera, er de vanlige rette rabdomene bevart i alle ommatidia, så fotoreseptorene deres er i stand til samtidig å oppfatte både "farget" og polarisert lys. Dessuten er hver av disse reseptorene bare følsomme for en viss polarisasjonsvinkel og en viss bølgelengde av lys. Denne komplekse visuelle oppfatningen hjelper sommerfugler når de mater og legger egg (Kelber et al., 2001).

Ukjent land

Du kan fordype deg uendelig i egenskapene til morfologien og biokjemien til insektøyet og fortsatt finne det vanskelig å svare på et så enkelt og samtidig utrolig komplekst spørsmål: hvordan ser insekter?

Det er vanskelig for en person å forestille seg bildene som oppstår i hjernen til insekter. Men det skal bemerkes at det er populært i dag mosaikkteori om syn, ifølge hvilken insektet ser bildet i form av et slags puslespill av sekskanter, gjenspeiler ikke essensen av problemet helt nøyaktig. Faktum er at selv om hver enkelt fasett fanger et eget bilde, som bare er en del av hele bildet, kan disse bildene overlappe med bilder hentet fra nabofasetter. Derfor er bildet av verden oppnådd ved hjelp av store øyne en øyenstikker, bestående av tusenvis av fasettkameraer i miniatyr, og det "beskjedne" seksfasettert øyet til en maur, vil være veldig annerledes.

Angående synsskarphet (Vedtak, dvs. evnen til å skille graden av delemning av gjenstander), så hos insekter bestemmes den av antall fasetter per enhet av konveks overflate av øyet, dvs. deres vinkeltetthet. I motsetning til mennesker har ikke insektøyne akkommodasjon: krumningsradiusen til den lysledende linsen endres ikke. I denne forstand kan insekter kalles nærsynte: de ser flere detaljer jo nærmere de er observasjonsobjektet.

Samtidig er insekter med sammensatte øyne i stand til å skille objekter som beveger seg veldig raskt, noe som forklares av deres høye kontrast og lave treghet. visuelt system. For eksempel kan en person bare skille rundt tjue blink per sekund, men en bie kan skille ti ganger mer! Denne egenskapen er viktig for raskt flygende insekter som må ta avgjørelser under flukt.

Fargebildene som oppfattes av insekter kan også være mye mer komplekse og uvanlige enn våre. For eksempel skjuler en blomst som ser hvit ut for oss ofte i kronbladene mange pigmenter som kan reflektere ultrafiolett lys. Og i øynene til pollinerende insekter glitrer den av mange fargerike nyanser - pekepinner på vei til nektar.

Det antas at insekter "ikke ser" fargen rød, som i " ren form"og er ekstremt sjelden i naturen (med unntak av tropiske planter pollinert av kolibrier). Imidlertid inneholder blomster farget rød ofte andre pigmenter som kan reflektere kortbølget stråling. Og hvis du tenker på at mange insekter ikke er i stand til å oppfatte tre primærfarger, som en person, men flere (noen ganger opptil fem!), Da bør deres visuelle bilder ganske enkelt være en ekstravaganza av farger.

Og til slutt, den "sjette sansen" av insekter er polarisasjonssyn. Med dens hjelp klarer insekter å se i verden rundt dem hva mennesker bare kan få en svak ide om å bruke spesielle optiske filtre. På denne måten kan insekter nøyaktig bestemme plasseringen av solen på en overskyet himmel og bruke polarisert lys som et «himmelsk kompass». Og vannlevende insekter i flukt oppdager vannmasser ved delvis polarisert lys som reflekteres fra vannoverflaten (Schwind, 1991). Men hva slags bilder de "ser" er rett og slett umulig for en person å forestille seg ...

Alle som av en eller annen grunn er interessert i synet av insekter kan ha et spørsmål: hvorfor utviklet de ikke et kammerøye, som ligner på det menneskelige øyet, med en pupill, linse og andre enheter?

Dette spørsmålet ble en gang besvart uttømmende av den fremragende amerikanske teoretiske fysikeren, Nobelprisvinner R. Feynman: «Dette hindres noe interessante grunner. For det første er bien for liten: hvis den hadde et øye lik vårt, men tilsvarende mindre, ville størrelsen på pupillen være i størrelsesorden 30 mikron, og derfor ville diffraksjonen være så stor at bien ville fortsatt ikke i stand til å se bedre. For mye lite øye- Dette er ikke bra. Hvis et slikt øye er laget av tilstrekkelig størrelse, bør det ikke være mindre enn hodet til selve bien. Verdien av et sammensatt øye ligger i det faktum at det praktisk talt ikke tar plass - bare et tynt lag på overflaten av hodet. Så før du gir råd til en bie, ikke glem at den har sine egne problemer!

Derfor er det ikke overraskende at insekter har valgt sin egen vei i visuell erkjennelse av verden. Og for å se det fra insekters synspunkt, må vi skaffe oss enorme sammensatte øyne for å opprettholde vår vanlige synsskarphet. Det er usannsynlig at et slikt oppkjøp vil være nyttig for oss fra et evolusjonært synspunkt. Hver sin smak!

Litteratur

Tysjtsjenko V. P. Fysiologi av insekter. M.: Higher School, 1986, 304 S.

Klowden M. J. Physiological Systems in Insects. Academ Press, 2007. 688 s.

Nation J. L. Insektsfysiologi og biokjemi. Andre utgave: CRC Press, 2008.

Fluer lever kortere enn elefanter. Det er ingen tvil om det. Men fra fluenes synspunkt, virker livet deres så mye kortere? Det var i hovedsak spørsmålet som ble stilt av Kevin Gealey fra Trinity College Dublin i en artikkel som nettopp ble publisert i Animal Behavior. Hans svar: åpenbart ikke. Disse små fluene med rask metabolisme ser verden i sakte film. Den subjektive opplevelsen av tid er i hovedsak bare subjektiv. Selv individer som kan utveksle inntrykk ved å snakke med hverandre kan ikke vite sikkert om deres egen opplevelse sammenfaller med andre menneskers opplevelse.

Fluer - synet til en flue og hvorfor det er vanskelig å drepe

Men et objektivt mål som sannsynligvis korrelerer med subjektiv opplevelse finnes. Den kalles den kritiske flimmer-fusjonsfrekvensen CFF, og er den laveste frekvensen der flimrende lys produseres av en konstant lyskilde. Den måler hvor raskt dyrs øyne kan oppdatere bilder og dermed behandle informasjon.

For mennesker er den gjennomsnittlige kritiske flimmerfrekvensen 60 hertz (det vil si 60 ganger per sekund). Dette er grunnen til at oppdateringsfrekvensen på en TV-skjerm vanligvis er satt til denne verdien. Hunder har en kritisk flimmerfrekvens på 80 Hz, og det er derfor de sannsynligvis ikke ser ut til å like å se på TV. For en hund ser et TV-program ut som mange fotografier som raskt forandrer hverandre.

En høyere kritisk flimmerfrekvens bør representere en biologisk fordel fordi den gir mulighet for raskere respons på trusler og muligheter. Fluer med en kritisk flimmerfrekvens på 250 Hz er notorisk vanskelig å drepe. En brettet avis, som for en mann ser ut til å bevege seg raskt når den blir truffet, ser ut til å fly som om den beveger seg i melasse.

Forsker Kevin Gealey har antydet at hovedfaktorene som begrenser et dyrs kritiske flimmerfrekvens er størrelsen og stoffskiftet. Liten størrelse betyr at signaler reiser mindre avstand til hjernen. En høy metabolsk hastighet betyr at mer energi er tilgjengelig for å behandle dem. Et litteratursøk viste imidlertid at ingen tidligere hadde vært interessert i denne problemstillingen.

Heldigvis for Gili avslørte det samme søket også at mange mennesker hadde studert den kritiske flimmerfrekvensen til stor kvantitet arter av andre grunner. Mange forskere har også studert metabolske hastigheter i mange av de samme artene. Men data om størrelsen på arter er generelt kjent. Alt han måtte gjøre var derfor å bygge korrelasjoner og bruke resultatene fra andre studier til sin fordel. Det var det han gjorde.

For å gjøre oppgaven lettere for forskningen hans, tok forskeren data som bare var relatert til virveldyr - 34 arter. I den nedre enden av skalaen var den europeiske ålen, med en kritisk flimmerfrekvens på 14 Hz. Den blir umiddelbart etterfulgt av lærskilpadden, med en kritisk flimmerfrekvens på 15 Hz. Reptiler av tuatara-arten (tuatara) har en CFF på 46 Hz. Hammerhaier, sammen med mennesker, har en CFF på 60 Hz, og gulfinnede fugler, som hjørnetenner, har en CFF på 80 Hz.

Førsteplassen ble tatt av gullmarkekornet, med en CFF på 120 Hz. Og da Gili plottet CFF mot dyrestørrelse og metabolsk hastighet (som riktignok ikke er uavhengige variabler, siden små dyr har en tendens til å ha høyere metabolske hastigheter enn store dyr), fant han nøyaktig de korrelasjonene han forutså.

Det viser seg at hypotesen hans – at evolusjon tvinger dyr til å se verden i så sakte film som mulig – ser riktig ut. Livet til en flue kan virke kortvarig for folk, men sett fra dipteranene selv kan de leve opp til høy alder. Ha dette i bakhodet neste gang du prøver (mislykket) å treffe en annen flue.

Alle som noen gang har prøvd å slå en flue forstår godt at dette ikke er en lett oppgave. Noen tilskriver glippene til fluenes umiddelbare reaksjon, andre til synsstyrken og panoramasynet. Det skal sies at begge har like rett. Flua flyr veldig raskt og beveger seg umiddelbart, og derfor er det så vanskelig å fange den.

Men hovedårsaken ligger nettopp i synet til dette insektet, så vel som i strukturen og antallet av øynene.

De visuelle organene til den vanlige fluen er plassert på sidene av hodet, hvor det er veldig vanskelig å ikke legge merke til insektets enorme svulmende øyne. Øyet til dette insektet har en kompleks struktur og kalles fasettert (fra det franske ordet fasette - fasett). Faktum er at synsorganet er dannet av nettopp slike 6-sidede enheter - fasetter, som utad ligner en bikake i form (hver slik del av et flueøye er tydelig synlig under et mikroskop). Disse enhetene kalles ommatidia.

Det er omtrent 4 tusen av disse fasettene i øyet til en flue, men dette er ikke grensen: mange andre insekter har mye mer. For eksempel har bier 5 000 fasetter, noen sommerfugler har opptil 17 000, og hos øyenstikker er antallet ommatidia nær 30 000.

Hver av disse 4 tusen fasettene er i stand til å se bare en liten del av hele bildet, og insektets hjerne samler dette "puslespillet" til det totale helhetsbildet.

Det eldste eksemplaret av fluen, rundt 145 millioner år gammelt, ble funnet i Kina.

Hvordan fluer ser

I gjennomsnitt overstiger synsstyrken til fluer menneskelige evner 3 ganger.

Siden øynene til fluer er store og konvekse, bestående av ommatidia (fasetter) på alle sider av øyets overflate, lar denne strukturen rolig insektet se i alle retninger samtidig - til sidene, opp, fremover og bakover. Dette panoramasynet (også kalt allroundsyn) hjelper fluen til å merke faren i tide og trekke seg tilbake umiddelbart, og det er derfor det er så vanskelig å slå den. Dessuten er en flue ikke bare fysisk i stand til å se i forskjellige retninger samtidig, men også målrettet se seg rundt, som om den ser hele rommet rundt den samtidig.

Det er de mange ommatidiene som lar fluen følge blinkende og svært raskt bevegelige objekter uten å miste bildets klarhet. Relativt sett, hvis menneskesyn er i stand til å fange 16 bilder per sekund, så er en flue i stand til å fange 250 -300 bilder per sekund. Denne kvaliteten er nødvendig for fluer, ikke bare for å fange bevegelser fra siden, men også for orientering og høykvalitetssyn under rask flyging.

Når det gjelder fargen på omkringliggende gjenstander, ser fluer ikke bare primærfarger, men også deres subtilste nyanser, inkludert ultrafiolett, som naturen ikke er gitt til mennesker å se. Det viser seg at flua ser verden mer munter enn folk. Forresten, disse insektene ser også volumet av gjenstander.

Antall øyne

Som allerede nevnt er 2 store sammensatte øyne plassert på sidene av fluens hode. Hos kvinner er plasseringen av synsorganene noe utvidet (atskilt med en bred panne), mens hos menn er øynene litt nærmere hverandre.

Men på midtlinjen av pannen, bak de sammensatte øynene, er det 3 mer vanlige (ikke-sammensatte) øyne for ekstra syn. Oftest spiller de inn når det er nødvendig å undersøke et objekt på nært hold, siden et komplekst øye med perfekt syn ikke er så nødvendig i dette tilfellet. Det viser seg at fluer har 5 øyne totalt.

Insekter oppfatter lys på tre måter: med hele kroppens overflate, med enkle øyne og med komplekse, såkalte sammensatte øyne.

Som eksperimenter har vist, føler larver, larver av vannbiller, bladlus, biller (til og med blinde hulebiller), melorm, kakerlakker og selvfølgelig mange andre insekter lys over hele overflaten av kroppen. Lys trenger gjennom hodet gjennom neglebåndet og forårsaker tilsvarende reaksjoner i hjernecellene som oppfatter det.

De mest primitive enkle øynene finnes kanskje i larvene til noen mygg. Dette er pigmentflekker med et lite antall lysfølsomme celler (ofte er det bare to eller tre). Larvene til sagfluer (orden Hymenoptera) og biller har mer komplekse øyne: femti eller flere lysfølsomme celler, dekket på toppen av en gjennomsiktig linse - en fortykkelse av neglebåndet.

Røde øyne til en larve. Foto: Jes

På hver side av hodet til den hoppende billelarven er det seks ocelli, hvorav to er mye større enn de andre (de har 6 tusen visuelle celler). Ser de godt? Det er usannsynlig at de er i stand til å formidle til hjernen et inntrykk av formen til en gjenstand. Imidlertid oppdages den omtrentlige størrelsen på det som ble sett godt av to store øyne.

Larven sitter i et vertikalt hull gravd i sanden. Fra en avstand på 3-6 centimeter legger hun merke til et offer eller en fiende. Hvis et insekt som kryper i nærheten ikke er mer enn 3-4 millimeter stort, griper larven det med kjevene. Når det er flere, gjemmer det seg i et hull.
Fem eller seks enkle ocelli på hver side av larvenes hoder inneholder hver bare én "ritinal stang" - et visuelt element - og er dekket på toppen med en linse som er i stand til å konsentrere lyset.

Hvert øye individuelt gir ikke en ide om formen til det observerte objektet. Imidlertid viste larven i eksperimenter fantastiske evner. Hun ser vertikale objekter bedre enn horisontale. Av to søyler eller trær velger den den høyeste og kryper mot den, selv om alle dens enkleste øyne er dekket med svart maling, og etterlater bare ett. I hver dette øyeblikket han ser bare et lyspunkt, men larven snur hodet og undersøker med sitt eneste øye forskjellige punkter på objektet etter tur, og dette er nok til at hjernen kan danne et omtrentlig bilde av det den så. Selvfølgelig er det uklart, utydelig, men likevel legger larven merke til gjenstanden som vises til den.

Enkle øyne er typiske for insektlarver, men mange voksne har dem også. Sistnevnte har det viktigste - de såkalte komplekse, eller fasetterte øynene: på sidene av hodet. De er sammensatt av mange langstrakte enkle øyne - ommatidia. Hver ommatidia inneholder en lys-oppfattende celle forbundet med en nerve til hjernen. På toppen av den er det en langstrakt linse. Både den lysfølsomme cellen og linsen er omgitt av en lys-ugjennomtrengelig kappe av pigmentceller. Bare et hull er igjen på toppen, men der er linsen dekket med en gjennomsiktig kutikulær hornhinne. Det er felles for alle ommatidia, tett ved siden av hverandre og forent i ett sammensatt øye. Den kan inneholde bare 300 ommatidia (kvinnelig ildflue), 4000 ( stueflue), 9000,- (svømmebille), 17.000,- (sommerfugler) og 10.000-28.000,- for ulike øyenstikkere.

Monark sommerfuglen har sammensatte øyne. Foto: Monica R.

Hver ommatidia overfører til hjernen bare ett punkt fra hele det komplekse bildet av verden rundt insektet. Fra de mange individuelle punktene sett av hver av ommatidiene, dannes et mosaikk-"panel" av landskapsobjekter i insektets hjerne.
Hos nattaktive insekter (ildfluer, andre biller, møll) er dette mosaikkbildet av optisk syn så å si mer uskarpt. Om natten trekker pigmentcellene som skiller ommatidia av det sammensatte øyet fra hverandre seg sammen og beveger seg oppover mot hornhinnen. Lysstråler som kommer inn i hver fasett oppfattes ikke bare av dens lysfølsomme celle, men også av celler som befinner seg i nærliggende ommatidia. Tross alt, nå er de ikke dekket med mørkt pigment "gardiner". Dette oppnår en mer fullstendig fangst av lys, som ikke er så mye i nattens mørke.

I løpet av dagen fyller pigmentceller alle mellomrommene mellom ommatidia, og hver av dem oppfatter bare de strålene som er konsentrert av sin egen linse. Med andre ord, det "superposisjonelle" øyet, som det kalles, til nattaktive insekter, fungerer i løpet av dagen som det "apposisjonelle" øyet til daglige insekter.

Ikke mindre viktig enn antall fasetter, en annen funksjon er den visuelle vinkelen til hver ommatidia. Jo mindre den er, desto høyere oppløsning har øyet og de finere detaljene til det observerte objektet kan det se. Øretøyeommatidia har en synsvinkel på 8 grader, mens bien har en synsvinkel på 1 grad. Det er anslått at bien har 64 poeng for hvert punkt i mosaikkbildet av det en øretopp ser. Følgelig fanger biens øye små detaljer av det observerte objektet titalls ganger bedre.
Men mindre lys trenger inn i øyet med en mindre synsvinkel. Derfor er ikke størrelsen på fasettene i de sammensatte øynene til insekter den samme. I de retningene hvor det er behov for større synlighet og nøyaktig visning av detaljer ikke er så nødvendig, er større fasetter plassert. Hos hestefluer, for eksempel, er fasettene i øvre halvdel av øyet merkbart større enn i nedre halvdel.
Noen fluer har også like tydelig adskilte arenaer med ommatidia av forskjellige størrelser. Bien har et annet arrangement av fasetter: deres synsvinkel i retning av kroppens horisontale akse er to til tre ganger større enn i vertikalen.

Virvlebiller og maifluehann har i hovedsak to øyne på hver side: ett med store fasetter og ett med små fasetter.
Husk hvordan en larve, som undersøkte en gjenstand med bare ett øye (de andre var dekket med maling), kunne imidlertid danne seg en viss, om enn veldig grov, ide om formen. Hun snudde hodet og undersøkte hele objektet i deler, og hjernens minneapparat satte sammen alle punktene som ble sett til enhver tid til et enkelt inntrykk. Insekter med sammensatte øyne gjør det samme: når de ser på noe, snur de hodet. En lignende effekt oppnås uten å snu hodet når det observerte objektet beveger seg eller når insektet selv flyr. På farten ser sammensatte øyne bedre enn i hvile.
En bie er for eksempel i stand til å hele tiden holde i synsfeltet et objekt som blinker 300 ganger i sekundet. Og øyet vårt vil ikke engang merke en flimring seks ganger langsommere.

Insekter ser nære gjenstander bedre enn fjerne. De er veldig kortsynte. Klarheten i det de så er mye verre enn vår.
Et interessant spørsmål: hvilke farger skiller insekter? Eksperimenter har vist at bier og ådselfluer ser de korteste bølgelengdestrålene i spekteret (297 millimikroner) som er tilgjengelige i sollys. Ultrafiolett - som øynene våre er helt blinde for - oppdages også av maur, møll og, åpenbart, mange andre insekter.

Insektøyne. Foto: USGS Bee Inventory and Monitoring Laboratory

Insekter varierer i følsomhet for den motsatte enden av spekteret. Bien er blind for rødt lys: for den er den det samme som svart. De lengste bølgelengdene den fortsatt kan oppfatte er 650 millimikron (et sted på grensen mellom rødt og oransje). Veps, opplært til å fly til svarte bord for mat, forveksler dem med røde. Noen sommerfugler, for eksempel satyrer, ser heller ikke rødt. Men andre (urticaria, kål) skiller den røde fargen. Rekorden tilhører imidlertid ildfluen: den ser en mørkerød farge med en bølgelengde på 690 millimikroner. Ingen av insektene som ble studert var i stand til dette.
For det menneskelige øyet er den lyseste delen av spekteret gul. Eksperimenter med insekter har vist at for noen blir den grønne delen av spekteret oppfattet av øyet som den lyseste, for en bie er den ultrafiolett, og for en ådselflue ble den største lysstyrken observert i de røde, blågrønne og ultrafiolette båndene av spekteret.

Utvilsomt, sommerfugler, humler, noen fluer, bier og andre insekter som besøker blomster, skiller farger. Men i hvilken grad og nøyaktig hva, vet vi fortsatt lite. Mer forskning er nødvendig.
De mest tallrike eksperimentene i denne forbindelse har blitt utført med bier. Bien ser verden rundt seg, malt i fire primærfarger: rød-gul-grønn (ikke hver av de navngitt separat, men sammen, sammen, som en enkelt farge ukjent for oss), deretter blå-grønn, blå-fiolett og ultrafiolett. Så hvordan kan vi forklare at bier også flyr til røde blomster, for eksempel valmuer? De, samt mange hvite og gule blomster reflekterer mye ultrafiolette stråler, så bien ser dem. Vi vet ikke hvilken farge de har for øynene hennes.

Sommerfugler har tilsynelatende fargesyn nærmere vårt enn bien. Vi vet allerede at noen sommerfugler (urticaria og kålsommerfugler) skiller fargen rød. De ser ultrafiolett, men det spiller ikke så stor rolle for dem som i den visuelle oppfatningen av en bi. Disse sommerfuglene er mest tiltrukket av to farger - blå-fiolett og gul-rød.
Det er bevist med forskjellige metoder at mange andre insekter skiller farger, og best av alt, fargene på plantene de lever av eller formerer seg på. Noen haukemøll, bladbiller, bladlus, svenske fluer, landkryss og glattvannskrybben er langt fra full liste slike insekter. Det er interessant at i smoothies bare de øvre og bakre delene av øyet har fargesyn, den nedre og fremre delen ikke. Hvorfor det er slik er uklart.

I tillegg til oppfatningen av ultrafiolette stråler, er en annen egenskap ved insektøyet som øynene våre mangler følsomhet for polarisert lys og evnen til å navigere etter det. Ikke bare sammensatte øyne, men også enkle ocelli, som eksperimenter med larver og hymenoptera-larver har vist, er i stand til å oppfatte polarisert lys. Vurderes under elektronmikroskopøynene til noen, og fant molekylære strukturer i netthinnens lysfølsomme stav som tilsynelatende fungerer som en polaroid.

Noen observasjoner de siste årene er overbevisende: nattaktive insekter har organer som fanger opp infrarøde stråler.



Spørsmålet "Hvor mange øyne gjør vanlig flue er ikke så enkelt som det ser ut til. To store øyne plassert på sidene av hodet kan sees med det blotte øye. Men i virkeligheten er strukturen til fluens visuelle organer mye mer kompleks.

Hvis du ser på en forstørret visning av en flues øyne, kan du se at de er bikakelignende og består av mange individuelle segmenter. Hver del har formen av en sekskant med vanlige kanter. Det er her navnet på denne øyestrukturen kommer fra - fasett ("fasett" oversatt fra fransk betyr "kant"). Mange leddyr kan skryte av komplekse fasetterøyne, og flua har langt fra å holde rekorden for antall fasetter: den har bare 4000 fasetter, mens øyenstikkere har rundt 30 000.

Cellene vi ser kalles ommatidia. Ommatidia har en kjegleformet form, hvis smale ende strekker seg dypt inn i øyet. Kjeglen består av en celle som oppfatter lys og en linse beskyttet av en gjennomsiktig hornhinne. Alle ommatidia er tett presset til hverandre og forbundet med hornhinnen. Hver av dem ser "sitt" fragment av bildet, og hjernen setter disse små bildene i en helhet.

Arrangementet av de store sammensatte øynene er forskjellig hos kvinnelige og mannlige fluer. Hos menn er øynene satt tett sammen, mens hos kvinner er de mer adskilt, siden de har en panne. Hvis du ser på en flue under et mikroskop, kan du i midten av hodet over synsorganene se tre små prikker arrangert i en trekant. Faktisk er disse punktene enkle øyne.

Totalt har flua ett par sammensatte øyne og tre enkle – fem totalt. Hvorfor tok naturen en så vanskelig vei? Faktum er at fasettsyn ble dannet for først og fremst å dekke så mye plass som mulig med blikket og fangebevegelsen. Slike øyne utfører grunnleggende funksjoner. Med enkle øyne ble fluen "gitt" for å måle belysningsnivået. Sammensatte øyne er det viktigste synet, og enkle øyne er et sekundært organ. Hvis en flue ikke hadde enkle øyne, ville den være tregere og kunne bare fly i sterkt lys, og uten sammensatte øyne ville den bli blind.

Hvordan ser en flue verden rundt seg?

Store, konvekse øyne lar fluen se alt rundt seg, det vil si at synsvinkelen er 360 grader. Dette er dobbelt så bredt som et menneskes. Insektets ubevegelige øyne ser samtidig i alle fire retninger. Men synsstyrken til en flue er nesten 100 ganger lavere enn for et menneske!

Siden hver ommatidia er en uavhengig celle, viser bildet seg å være et mesh, bestående av tusenvis av individuelle små bilder som utfyller hverandre. Derfor, for en flue, er verden et samlet puslespill som består av flere tusen brikker, og et ganske vagt. Insektet ser mer eller mindre klart på bare en avstand på 40 - 70 centimeter.

Fluen er i stand til å skille farger og til og med polarisert lys og ultrafiolett usynlig for det menneskelige øyet. Flueøyet merker de minste endringer i lysets lysstyrke. Hun er i stand til å se solen skjult av tykke skyer. Men i mørket ser fluer dårlig og fører en overveiende daglig livsstil.

En annen interessant evne til en flue er dens raske reaksjon på bevegelse. En flue oppfatter et objekt i bevegelse 10 ganger raskere enn et menneske. Den "beregner" enkelt hastigheten til et objekt. Denne evnen er avgjørende for å bestemme avstanden til farekilden og oppnås ved å "overføre" bildet fra en celle - ommatidia - til en annen. Luftfartsingeniører utnyttet denne funksjonen i fluens syn og utviklet en enhet for å beregne hastigheten til et flygende fly, og gjenta øyestrukturen.

Takket være en så rask oppfatning lever fluer i en langsommere virkelighet sammenlignet med oss. En bevegelse som varer et sekund, fra et menneskelig synspunkt, oppfattes av en flue som en ti-sekunders handling. Folk virker for dem å være veldig trege skapninger. Insektets hjerne jobber med hastigheten til en superdatamaskin, mottar et bilde, analyserer det og sender de riktige kommandoene til kroppen på tusendeler av et sekund. Derfor er det ikke alltid mulig å slå en flue.

Så det riktige svaret på spørsmålet "Hvor mange øyne har en vanlig flue?" tallet vil være fem. De viktigste er et parorgan i flua, som i mange levende vesener. Hvorfor skapte naturen nøyaktig tre enkle øyne- forblir et mysterium.