Зрение животных

Материал из ВикиФур
(перенаправлено с «X-ray vision»)
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]. К примеру, не все животные видят прозрачные предметы как люди: например, в инфракрасном зрении например кремний абсолютно прозрачен.

Самыми совершенными глазами в природе Земли обладают представители отряда раков-богомолов. Они, в отличии от людей, которые делят видимый для себя свет на 7 цветов, делят свет на 12 цветов[2]. Раки-богомолы отлично видят инфракрасный, 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, т. е. 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.[3]

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 %).

Форма, размер и положение зрачка у различных животных (зрачок бывает круглый, щелевидный, прямоугольный, вертикальный, горизонтальный) являются систематическим признаком.

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 можно условно разделить на три участка. Ближнее (750—1400 нм), среднее (1400-3.000 нм) и дальные (3.000-1.000.000 нм). Матрица цифровых фотокамер может зафиксировать только ближний спектр (см. фото тигра). Дальнее способно передавать энергию молекулам воды, воспринимается как тепло и снимается тепловизорами (см. фото коня)[4]. При съёмке ночным виденьем используют инфракрасную подсветку, а прибор усиливает свет и заставляет светится экран лампы (как правило, зелёным цветом).

Инфракрасное излучение, чаще всего связанное с теплом, способны видеть некоторые рептилии, в фантастике — иногда киборги и роботы (например, пёс Робокопа из мультсериала «Робокоп — команда Альфа»). Иногда, чтобы видеть этот цвет используют очки или маску, как у Хищника. Человек увидел инфракрасный мир ещё до создания тепловизоров. В первой половине двадцатого века была создана фотопластинка, чувствительная к инфракрасному свету[5]. Во время съёмок был использован фильтр который блокировал видимый свет, и на пластинке оказывался только инфракрасный свет. На инфракрасных фотографиях небо чёрное, так как небо слабо пропускает инфракрасную радиацию[6]. Но те лучи, что прошли практически не рассеиваются, в отличие от видимого света. Например, в инфракрасном свете можно чётко увидеть дальние объекты, которые в видимом человеком свете были бы рассеяны дымкой[нужно пояснение]. Растения очень сильно отражают инфракрасный свет и на снимках выглядят очень белыми (засвеченными)[7]. Инфракрасные фотографии выглядят очень контрастными[8], объект на фоне Солнца отчётливо виден, а при обычном зрении человек бы ничего не разобрал бы.

Некоторые членистоногие, например комары, клопы и клещи, обладают повышенной чувствительностью к инфракрасному излучению[9]. Они ощущают тепло теплокровных животных. При выборе, кого укусить из нескольких стоящих рядом объектов, членистоногие (комары, клопы, клещи) предпочтут того, кто теплее. Тот человек, который окажется холоднее (например, у него ниже залегают кровеносные капилляры у того ниже температура), может быть защищён от укусов, а сосед рядом будет окружён гнусом. Также жертва, сопротивляясь паразитам, продолжает разогреваться, в результате чего привлекает всё больше гнуса. Комары-самки находят теплокровную жертву с помощью двух неподвижных антенн, чувствительных к тепловому инфракрасному излучению[10]. На антенны приходят разные сигналы, и комариха изменяет направление полёта до тех пор, пока на обеих антенн сигнал не станет идентичным. Значит, комар летит прямо на тепло. Антенны реагируют тепло за несколько метров от жертвы. Клопы, в частности американский клоп-хищнец (Rhodnius prоlixus клоп-триатомида) из Южной и Центральной Америки обходятся только одной антенной — носом-хоботком — продолжением головы; хоботок клеща подвижен[11].

Вода «прозрачна» только для видимого света и очень сильно поглощает инфракрасную радиацию[12]. Поэтому на инфракрасных фотоснимках водная гладь получается чёрной. Инфракрасные лучи не могут пройти в глубь воды дальше, чем на полметра. Дальше последовательно поглощается остальной спектр: красный, жёлтый и в конце сине-зелёные тона[Нужна ссылка][?]. Водяной пар тоже поглощает инфракрасные лучи, и на инфракрасных снимках могут появится в чистом небе облака[13], так как в некотором месте атмосферы может быть повышена влажность. В небольшом объёме тёплой воды можно заметить движение потоков воды (течения)[14] (их можно заметить и обычным зрением, но не так отчётливо как инфракрасным). Некоторые непрозрачные жидкости, наоборот, становятся прозрачны: например, «Кока-кола» становится прозрачной как чистая вода[15].

Очень хорошо видят инфракрасные цвета ямкоголовые змеи. У них на морде между носом и глазами имеются специальные сенсоры в виде конических углублений, покрытых клетками, чувствительными к теплу[16]. Имея два сенсора, змея видит тепло в стерео. Эти змеи лучше всех на Земле видят тепло[17]. Они способны заметить разницу температур в 0,0018°С[18]. Такой чувствительности даже не обладают тепловизоры людей (третье текущее поколение)[Нужна ссылка][?]. Ямкоголовые змеи отчётливо видят лягушек, которые холоднее земли, в результате испарения влаги с кожи, и также они видят мышей и птиц, которые теплокровные и теплее пространства. Её разнесенные на большее расстоянии два тепловых «глаза», в отличие от близких антенн комара, позволяют определить позу, размеры и главное — расстояние до жертвы.

Современные инфракрасные камеры различают 0,02°С и стоят дорого: например самые дешёвые тепловизионные очки TIG-7 (разрешение матрицы 160х120, разрешение дисплея 640х480) стоят 600 000 рублей, а например ручной тепловизор Катран-2 стоит миллион рублей[19]. Гораздо дешевле покупать инфракрасную технику, которая можно подобрать в пределах 20 000 рублей (Диполь 2MV Pro) и выше (также есть дешёвые приборы, например, очки ночного видения Yukon NV MT 4 стоят 8 тысяч рублей). Можно также удалить из обычной веб-камеры инфракрасный фильтр (для видео инфракрасное излучение помеха, поэтому ставят этот фильтр) и камера откроет новое зрение[20]. Примерно так же можно переделать (необратимо) цифровую фотокамеру. В тепловой технике цвета изображают цветным спектром (особенно в кино, в реальной жизни могут и в чёрно-белом градиенте)[нужно пояснение], а в инфракрасной технике картинку отображают зелёным градиентом. Инфракрасные фотоснимки изображают в слабо фиолетовых или коричневых тонах[нужно пояснение] (растения ярко белые и природа похожа на зиму). Фотографии Солнца могут показывать в оранжевых оттенках[нужно пояснение].

Некоторые растения, например аронник, могут разогревать часть своего цветка до сорока градусов[21]. Это, совместно с испускаемым им запахом гнили, позволяет привлекать мух. Мухи, залезая в цветок, уже не могут выбраться и обильно опыляются пыльцой. Через некоторое время цветок увядает, и мухи с пыльцой улетают на волю.

Ультрафиолетовый[править]

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

Ультрафиолетовый цвет широко распространён в природе. Его могут видеть половина птиц[22], собаки[23] 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.[24] 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.[25] 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.

Рентгеновский[править]

На этот раздел есть перенаправления: рентген, X-ray vision.

Рентгеновская часть спектра характеризуется тем, что её лучи проходят через материю. Персонажи, видящие в рентгеновском свете, способны смотреть сквозь предметы. В основном это супергерои, например суперпёс Крипто. В Покемонах, Люксрэй (Luxray) использует рентгеновское зрение. Рентгеновское зрение обычно изображают в чёрно-серо-голубоватой гамме или чёрно-серо-зеленоватой.

На самом деле видеть в рентгеновских лучах земными глазами невозможно, так как рентгеновские лучи из-за своей проникающей способности не могут быть сфокусированы барионным веществом. Рентгеновские лучи могут быть зарегистрированы только в прямом свете. Но так как персонажи вымышленные и часто с внеземной и неизвестной анатомией и технологией то они могут всё. Например можно предположить что рентген как и другие электромагнитные лучи могут быть сфокусированы сильной гравитацией, изменением законов физики, или магией.

Puzzlepiece32.png Это заготовка раздела [править].

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»[26]. 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.[26]

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]

  1. Впрочем, многие животные имеют худшее восприятие цветов, чем люди и вообще приматы.
  2. Фотогалерея: как животные видят мир (Google)
  3. http://nauka.relis.ru/08/0202/08202074.htm
  4. blyg: Инфракрасная фотография
  5. В первой половине прошлого века была создана фотопластинка, чувствительная к инфракрасному свету. Вернисаж инфракрасных портретов > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  6. Синее небо на инфракрасной фотографии получилось тёмным, так как в целом атмосфера плохо пропускает инфракрасные лучи. Вернисаж инфракрасных портретов > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  7. В то же время трава и деревья, сильно отражающие инфракрасные лучи, получились светлыми. Они выглядят так, как если бы были покрыты снегом. Хлорофилл растений не поглощает тёмно-красные и инфракрасные лучи.Вернисаж инфракрасных портретов > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  8. http://www.photodrom.com/book/article/ir-ik-fotografia-semka-v-infrakrasnyh-luchah/
  9. Факт, что некоторые членистоногие, например комары и клещи, обладают повышенной чувствительностью к инфракрасному излучению, известен давно. Вернисаж инфракрасных портретов > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  10. Комары-самки находят теплокровную жертву с помощью двух неподвижных антенн, чувствительных к тепловому инфракрасному излучению, и изменяют направление полета до тех пор, пока сигналы от обеих антенн не уравняются. Вернисаж инфракрасных портретов > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  11. Некоторые насекомые, например американский клоп-хищнец вида Rhodnius prоlixus, обходятся только одной, но подвижной антенной. Вернисаж инфракрасных портретов > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  12. Вода в Википедии
  13. Пары воды не только поглощают, но рассеивают инфракрасные лучи, поэтому на правой фотографии появились облака, которые не были видны на левой. Вернисаж инфракрасных портретов > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  14. Последовательность кадров показывает изменения потоков, образующихся в воде и наблюдаемых с помощью тепловизора в инфракрасном диапазоне 8-12 мкм. В видимом диапазоне света эти потоки практически не видны. Вернисаж инфракрасных портретов > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  15. Вообще, в инфракрасном свете некоторые предметы становятся необычными: футболка с полосками становится белой, некоторые вещи прозрачными к примеру как кока-кола на рисунке. Она прозрачная, как вода. Это объясняется тем, что инфракрасный свет проходить через некоторые предметы, а видимый свет — нет. Из веб-камеры… детектор ? … ПВН ?
  16. У них по обе стороны головы, между носом и глазами, имеются два конических углубления, обрамлённых по краям клетками, чувствительными к инфракрасному излучению. Вернисаж инфракрасных портретов > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  17. Рекордсменами инфракрасного восприятия следует признать уже упоминавшихся ямкоголовых змей. Вернисаж инфракрасных портретов > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  18. Разнесение этих двух ямок на поверхности головы на некоторое расстояние обеспечивает своеобразную бинокулярность восприятия теплового источника и позволяет змее «вычислять» направление прыжка для поражения лягушки или грызуна. Как показывают эксперименты, змеи могут улавливать изменение температуры в 0,0018°С. Вернисаж инфракрасных портретов > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  19. Согласно личному исследованию Dokatamaru.
  20. Из веб-камеры… детектор?… ПВН? Сделай сам Своими руками
  21. Respiration by Thermogenic Flowers
  22. Как птицы научились различать цвета?
  23. Пчелы, как и собаки, могут видеть своими глазами ультрафиолетовый цвет
  24. Северные олени видят ультрафиолет — Зоология — Компьюлента
  25. Андерс Один (Anders Ödeen), Как птицы научились различать цвета?
  26. 26,0 26,1 Поляризованный свет в природе. Журналы. Наука и техника

Ссылки[править]