Зрение животных

Материал из ВикиФур
Перейти к: навигация, поиск
Todo.png Эта статья нуждается в доработке для соответствия стандартам статей ВикиФура

Кошачий зрачок

Зрение человека не различает многих характеристик света, заметных другим животным[1].

Самыми совершенными глазами в природе Земли обладают представители отряда раков-богомолов. В глазу человека три типа колбочек, каждая отвечающая за один цвет, а у раков-богомолов — 12[Нужен источник][?]. Раки-богомолы отлично видят ультрафиолетовый и поляризацию.

Поле зрения[править]

Поле зрения кошки.

Положение глаз на голове и величина углов полей зрения связаны с экологией вида. Можно выделить два основных типа зрения: панорамное и стереоскопическое. Панорамное зрение с большим полем позволяет потенциальным жертвам (сурки, суслики, зайцы, копытные и т. п.) вовремя заметить опасность. Оно достигает у грызунов 360°, у копытных 300—350°. С другой стороны, большие размеры бинокулярного поля, то есть стереоскопическое зрение, позволяет приматам или белкам совершать тонкие координированные движения передними конечностями, прыжки, легко передвигаться по деревьям. Хищникам бинокулярное восприятие объектов охоты помогает правильно оцепить расстояние до намеченной жертвы. Различная стратегия пищедобывания (кошки и отчасти медведи — неожиданные резкие прыжки из засады, волки — более или менее длительное преследование, куньи — длительное и тщательное обследование охотничьего участка) в некоторой степени может быть связана и со стереоскопическим зрением. То есть, чем больше глаза смещены во фронтальную плоскость, тем легче обнаружить жертву и выбрать оптимальную траекторию нападения. У волков, койотов, лисиц, шакалов угол бинокулярного поля равен 65—75°, у куньих несколько меньше — 55—65°; у медведей, напротив, больше — 80—85°. Очень велико это поле у кошек. У них зрительные оси обоих глаз почти параллельны, и поле зрения двумя глазами достигает 120°.

Общее поле зрения у птиц достигает более 300° (поле зрения каждого глаза птицы 150—170°, тем самым на 50° больше, чем у человека). Зрение у птиц преимущественно монокулярное и боковое (латеральное). Бинокулярное зрение свойственно только совам. Его общее поле у них ограничено приблизительно 70 градусами. В то же время у сов глаза абсолютно неподвижны, что восполняется подвижностью шеи (около 270°).

Строение глаза[править]

Схематическое изображение экстерорецепторов черепахи. UV — ультрафиолетовая колбочка; B — синяя колбочка; DC — двойная колбочка; G — зеленая колбочка; R — красная колбочка; Rod — палочка.

У большинства млекопитающих число видов цветовых рецепторов колбочек равняется двум. Полагают, что предки млекопитающих — мелкие грызуны — вели ночной образ жизни и компенсировали эту потерю значительным развитием сумеречного зрения (с помощью рецепторов — палочек). В частности, у собаки не видят красный цвет.[2]

Глаза человека содержат 3 вида колбочек: красные, синие и зелёные. Однако этим разнообразие колбочек не ограничивается:

  • R чувствительны к длинноволновому излучению — красному и оранжевому цветам
  • G — к средневолновому (желтому и зеленому)
  • B реагируют на голубой, синий и фиолетовый цвета
  • UV позволяют видеть в ультрафиолетовом диапазоне
  • DC — двойная колбочка, реагирует на движение, изменение интенсивности падающего на него света.

Считается, что цветное зрение у птиц, ведущих дневной образ жизни, обеспечивается большим количеством колбочек различного типа в сетчатке. Установлено, что больше всего в ней двойных колбочек — 40,7 % (клетки, реагирующие на движение), далее зеленых — 21,1 %, красных — 17,1 %, синих — 12,6 % и фиолетовых — 8,5 %).

Ночное зрение[править]

«Свечение глаз» — отражение света от тапетума.

Колбочки ответственны за дневное зрение, при ярком освещении, а палочки функционируют преимущественно при слабом освещении, невосприимчивы к цвету, обеспечивают черно-белое сумеречное зрение.

У животных с ночным образом жизни часто присутствует особая отражательная оболочка, расположенная позади сетчатки — тапетум. Он выполняет роль биологической отражающей системы, необходимой прежде всего для ночного зрения. Большая часть света попадающего в глаз, проходит сквозь сетчатку, и лишь небольшой процент его вызывает реакцию чувствительных клеток. Тапетум направляет прошедшие сетчатку фотоны назад, заставляя их ещё раз воздействовать на рецепторные клетки. Таким образом значительно повышается чувствительность глаза, так как свет фактически оказывается «использованным» дважды. В условиях сумерек (малой интенсивности освещения) такая двойная стимуляция фоторецепторов оказывается весьма ценной, но при ярком освещении повышенная чувствительность сетчатки отрицательно сказывается на зрительной активности. Наличие тапетума обусловливает эффект «свечения глаз» у многих животных. В действительности глаза не светятся, а лишь отражают свет, попавший в них, поэтому в полной темноте заметить данный эффект невозможно. Цвет «свечения» зависит от конкретного пигмента, присутствующего в тапетуме: глаза кошки в темноте сверкают зелёным, как и глаза некоторых пауков, глаза ракообразных (крабы, креветки) имеют красно-фиолетовую гамму свечения, некоторых рыб — молочно-белую.

Тапетум обуславливает крайне высокую приспособленность кошек к сумеречному зрению: чувствительность их глаз в 7 раз выше, чем у человека.

Инфракрасный[править]

На этот раздел есть перенаправление: инфракрасный.

Инфракрасное излучение — то есть «ниже красного» — отличается большей длиной волны, чем видимый свет; даже большей, чем у красного света. Граница между красным и инфракрасным пролегает по возможности человеческого глаза видеть свет с такой длиной волны. Инфракрасное электромагнитное излучение можно условно разделить на три участка: ближнее (0.78-3 мкм), среднее (3-50 мкм) и дальнее (50-1000 мкм)[3]. Электромагнитное излучение с большей длиной волны относится к микроволновому. Инфракрасное и видимое электромагнитное излучение создают возбуждённые молекулы: чем теплее предмет и быстрее движутся его молекулы, тем меньше длина волны у его излучения. Поэтому раскалённый металл сначала наливается красным (наибольшая длина волны, видимая человеком), потом оранжевым, жёлтым и так далее (всё меньшая длина волны); по тому же принципу работают лампочки накаливания. Самые горячие звёзды излучают белый или голубой свет. Предметы комнатной температуры и даже кипящая вода испускают излучение слишком низкой частоты, чтобы восприниматься глазом. Пиковая длина волны у предмета 30-40 градусов равна 9.56-9.26 мкм, что попадает в средний участник инфракрасного излучения[4].

Инфракрасное зрение — способность воспринимать какую-либо часть инфракрасного спектра таким же образом, как видимый свет: либо глазом, либо наложением данных от отдельного инфракрасного сенсора на изображение, получаемое глазом. Ни одно известное животное не видит инфракрасное излучение с помощью оптической системы глаза, поскольку для фокусирования настолько длинноволнового света на сетчатке понадобилась бы совершенно другая линза, чем для видимого света. Напротив, глаза животных, видящих красный свет (например, людей), развили защиту от инфракрасных волн, которые невозможно сфокусировать и которые, следовательно, размывали бы изображение на сетчатке[5]. У некоторых животных есть сенсоры теплового излучения более чувствительные, чем человеческая кожа: например, у некоторых змей[6] и летучих мышей-вампиров[7]. У ямкоголовых змей углубления с большим количеством особо чувствительных термосенсоров находятся на кончике носа с обоих сторон, давая «стереоскопическое» восприятие источников тепла, позволяющее сразу определить их расположение. Тем не менее, ямки не имеют фокусирующей линзы, поэтому не могут создать картинку на термосенсорах, как это происходит в глазу. Однако информация с термосерсоров поступает по оптическому тектуму и обрабатывается вместе со зрительной (а также моторной, слуховой и так далее). Таким образом, считается возможным, что змея видит несфокусированную, однако стереоскопическую тепловую информацию в рамках общей картины. Ни для каких других животных данных об обработке тепла вместе со зрительной информацией нет.

Если удалить у цифрового фотоаппарата инфракрасный фильтр, защищающий изображение от размывания несфокусированными инфракрасными волнами, можно снимать ближний спектр инфракрасного излучения. Приборы ночного видения основаны на подсвечивании инфракрасным светом ближнего спектра, невидимым для живых существ, и затем съёмкой в этом диапазоне. Из-за оптических свойств инфракрасного света картинка получается зернистой и размытой. Специальная аппаратура может снимать средний спектр излучения. Данные, полученные при инфракрасной съёмке, в зависимости от обработки могут быть превращены в температурную карту (синие и зелёные цвета для тёмных участков, красные и жёлтые — для ярких) или же в монохромное изображение (чёрный для тёмных участков, белый для ярких). Можно различным образом соединять инфракрасные каналы и видимые, чтобы получать экзотически окрашенные изображения[8].

Тепловая карта часто используется для представления зрения змей, летучих мышей и других животных, у которых есть особая чувствительность к тепловому излучению, а также вымышленных персонажей с этим свойством.

Ультрафиолетовый[править]

Четыре пигмента колбочек птиц, расширяющих диапазон видения в зоне ультрафиолетовых лучей

Ультрафиолетовый цвет широко распространён в природе. Его могут видеть половина птиц[9], собаки[10] и членистоногие. Особенно хорошо различают ультрафиолетовый цвет пчёлы и бабочки. Иногда два разных белых цветка для человеческого глаза выглядят одинаково белыми, но насекомые, которые используют цветы, могут заметить, что один из них отражает ультрафиолет, а другой нет. На некоторых цветках ультрафиолетом окрашены жилки, а на других есть ультрафиолетовые пятна и полосы. Пчёлы не видят красный цвет, он для них как чёрный, но, например, есть цветок мак-самосейка. С людской точки зрения он красный, а пчела видит, что он отражает ультрафиолет, людьми не видимый. Точно так же обычные птичьи яйца в глазах птицы более разноцветные.

Так как люди не видят ультрафиолет, разум не способен представить лишний цвет. Если надо показать его на изображении или видео, используют в жёлтые и синие переходящие в чёрный цвета. «Увидеть» ультрафиолет можно с помощью специальных очков или маску, как у Хищника. Предметы которые пропускают ультрафиолетовый свет (например, стекло) называются увеолетовыми.

18 февраля 2011 года стало известно что северные олени видят ультрафиолет.[11] Они различают свет в пределах 350—320 нм (самая короткая длина световой волны, всё ещё относящаяся к видимому спектру, равна 400 нанометрам). Мех, моча и лишайники поглощают ультрафиолет (которого в арктических районах в избытке) и они лучше видят хищников и еду. Это открытее сделали зоологи в Норвегии. Результаты работы исследователей изложены на страницах издания Journal of Experimental Biology.

В глазах человека есть три вида различных рецепторов цвета (конусов), которые чувствительны к световым волнам различной длины и смешиваясь вместе, можно видеть цвета. Птицы же имеют четыре вида конусов, так что они видят потенциально больше цветов, чем люди.[12] Птиц можно разделить на две не пересекающиеся группы по зависимости от восприимчивости к длине волны (фиолетово-чувствительные и ультрафиолето-чувствительные). Каждая группа виде свои цвета. Ультрафиолето-чувствительные обычно обладают чрезвычайно ярким оперением, чтобы произвести впечатление на партнёра, но одновременно они довольно «серые» для хищных птиц, которые видят только в фиолетовом диапазоне.

Поляризованный свет[править]

На этот раздел есть перенаправление: Поляризация.

Световая волна имеет четыре основные характеристики — длину, амплитуду, фазу и поляризацию (направление). Человеческий глаз устроен так, что воспринимает только две из них — длину и амплитуду. С длиной у людей связано ощущение оттенка, с амплитудой — яркость. Фазу и поляризацию люди не различают, хотя с ней тесно связано чувство объёма окружающего мира. Нечувствительность к поляризации называется «поляризационной слепотой»[13]. Академик С. И. Вавилов считает, что от 25 до 30 % людей могут заметить поляризацию, к примеру, неба как слабую жёлтую полоску с закругленными концами в центре поля зрения.[13]

Обычный солнечный свет — совокупность волн, колеблющихся во всех возможных плоскостях. Эти плоскости распределены хаотично, то есть солнечный свет не поляризован. Но свет от неба поляризован, как и отражённый свет (но не от металлов и зеркал).

Пчёлы отлично различают поляризацию, которая помогает им ориентироваться в пространстве. Свет, идущий от синего неба, поляризован, и поляризация в любой точке неба зависит от её положения относительно солнца. Поэтому пчела может ориентироваться по солнцу, даже если оно закрыто облаками и виден лишь кусочек синего неба: поляризация укажет направление на солнце. Муха тоже видит солнце и в облачную погоду, ведь облака — это капельки воды, рассеивающие свет.

Птицы (например, голуби) используют эффект поляризации света для ориентации при перелётах, когда на голубом небе не видно солнца.

Головоногие моллюски не видят цвет, зато чётко различают поляризованный свет. Свет, отражающийся от поверхности воды, частично поляризуется и поэтому солнечные блики на песчаном дне поляризованы. По ним можно узнать, где сейчас солнце.

У кальмаров, каракатиц и осьминогов почти человеческие глаза, но поляризованный свет они видят: фоторецепторные клетки в сетчатке их глаз расположены так, что плоскости восприятия света в соседних фоторецепторах строго перпендикулярны друг другу. Поэтому они видят прозрачных существ в воде (таких как зоопланктон, например гребневики, и головоногих, которые меняют цвет). Лучше всего видят поляризацию среди головоногих осьминоги. Зафиксировано, что они опознают даже небольшой поворот плоскости поляризации. Видеть изменение поляризации ещё точнее им помогает небольшой движение глаз или головы из стороны в сторону, будто животное приглядывается.

Также поляризацию видят членистоногие (насекомые и ракообразные), костистые рыбы и головастики лягушек.

Галерея[править]

См. также[править]

Примечания[править]

Ссылки[править]