Yhdistelmäsilmät: miten ne eroavat yksinkertaisista? Hyönteisten aistielimet.

näytä kaikki

Näköelinten rakenteen lajikkeet

Hyönteisissä silmät voidaan esittää kolmessa lajikkeessa:

• (fasetoitu);
• (selkä, silmämunat);
• toukka (sivullinen, toukka). (kuva)

Heillä on erilainen rakenne ja eriarvoinen näkökyky.

Yhdistelmäsilmiä löytyy useimmilta hyönteisiltä, ​​ja mitä kehittyneempiä viimeksi mainitut ovat, sitä paremmin niiden näköelimet ovat yleensä kehittyneet. kutsutaan myös faceted, koska ne ulkopinta Sitä edustaa joukko linssejä, jotka sijaitsevat vierekkäin - fasetit.

Ommatidium

Ommatidium

A (vasemmalla) - appositionaalinen ommatidium,

B (oikealla) - superpositio ommatidium

1 - näkösolujen aksonit, 2 - verkkokalvon solut,

3 - sarveiskalvo, 4 - kiteinen kartio,

5 - pigmenttisolut, 6 - valonohjain, 7 - rabdom

Yhdistelmäsilmä koostuu erilaisista, yleensä suuresta määrästä yksittäisiä rakenneyksiköitä - ommatidia. sisältää joukon rakenteita, jotka tarjoavat valon johtumista, taittumista (fasetti, sarveiskalvon solut, kiteinen kartio) ja visuaalisten signaalien havaitsemista (verkkokalvosolut, rabdom, hermosolut). Lisäksi jokaisessa on pigmenttieristyslaite, jonka ansiosta se on täysin tai osittain suojattu sivusäteiltä.

Kaavio yksinkertaisen silmän rakenteesta

Kaikista silmätyypeistä hyönteisillä on heikoin kyky nähdä. Joidenkin raporttien mukaan ne eivät toimi ollenkaan visuaalinen toiminto, ja ne ovat vastuussa vain yhdistelmäsilmien toiminnan parantamisesta. Tämän todistaa erityisesti se tosiasia, että hyönteisissä ei käytännössä ole yksinkertaisia ​​ilman monimutkaisia. Lisäksi maalattaessa yhdistetyt silmät hyönteiset lakkaavat navigoimasta avaruudessa, vaikka ne olisivatkin hyvin määritellyt.

Hyönteisten näön piirteet

Omistettu hyönteisten näön tutkimukselle suuri määrä tieteellisiä töitä. Asiantuntijoiden kiinnostuksen ansiosta monet Insectan silmien piirteet on nyt selvitetty luotettavasti. Näön elinten rakenne näissä organismeissa on kuitenkin niin monimuotoinen, että näön laatu, värin ja tilavuuden havaitseminen, liikkuvien ja paikallaan olevien kohteiden erottelu, tuttujen visuaalisten kuvien tunnistaminen ja muut näön ominaisuudet vaihtelevat valtavasti eri ryhmiäötökät Tähän voivat vaikuttaa seuraavat tekijät: yhdistesilmässä - ommatidien rakenne ja niiden lukumäärä, kuperuus, silmien sijainti ja muoto; yksinkertaisissa silmissä ja - niiden lukumäärä ja hienovaraiset rakenteelliset ominaisuudet, joita voidaan edustaa merkittävällä valikoimalla vaihtoehtoja. Mehiläisten näkökykyä on tutkittu tähän mennessä parhaiten.

Esineen liikkeellä on tietty rooli muodon havaitsemisessa. Hyönteiset laskeutuvat todennäköisemmin tuulessa huojuvien kukkien päälle kuin paikallaan oleville kukille. sudenkorennot ryntäävät liikkuvan saaliin perässä, ja urosperhoset reagoivat lentäviin naaraisiin ja heillä on vaikeuksia nähdä istuvia. Tämä johtuu luultavasti silmien ommatidian tietystä ärsytystiheydestä liikkeen aikana, välkkymisestä ja välkkymisestä.

Tuttujen esineiden tunnistaminen

Hyönteiset tunnistavat tutut esineet paitsi värin ja muodon perusteella, myös niiden ympärillä olevien esineiden järjestyksen perusteella, joten ajatusta heidän näkemyksensä poikkeuksellisesta primitiivisyydestä ei voida kutsua todeksi. Esimerkiksi hiekkaampiainen löytää sisäänkäynnin kaivoon sen ympärillä olevien esineiden (ruoho, kivet) ohjaamana. Jos ne poistetaan tai niiden sijaintia muutetaan, tämä voi hämmentää hyönteistä.

Etäisyyden käsitys

Tätä ominaisuutta tutkitaan parhaiten sudenkoretojen, maakuoriaisten ja muiden saalistushyönteisten esimerkillä.

Kyky määrittää etäisyys johtuu korkeampien hyönteisten läsnäolosta binokulaarinen näkö, eli kaksi silmää, joiden näkökentät leikkaavat osittain. Silmien rakenteelliset ominaisuudet määräävät, kuinka suuri tietyn hyönteisen katseluetäisyys on. Esimerkiksi hyppäävät kovakuoriaiset reagoivat saaliinsa ja syöksyvät sen kimppuun, kun ne ovat 15 cm:n etäisyydellä kohteesta.

Valoisa liike

Monet hyönteiset liikkuvat siten, että ne säilyttävät jatkuvasti saman valon tulokulman verkkokalvolla. Täten, auringonsäteet ovat eräänlainen kompassi, jonka avulla hyönteinen suuntautuu. Samalla periaatteella koit liikkuvat keinotekoisten valonlähteiden suuntaan.

Miten hyönteiset näkevät?

Kärpäs väistää jyrkästi sitä lentävän esineen, perhonen valitsee tietyn kukan ja toukka ryömii sitä kohti. korkea puu. Hyönteisillä, kuten ihmisillä, on myös näköelimiä, mutta he näkevät ja näkevät maailman erityisellä tavalla. Hänen poikkeuksellinen näkemyksensä, ihmisten ulottumattomissa. Jotkut hyönteiset voivat määrittää vain vaalean ja tumman, kun taas toiset ovat hyvin perehtyneet sävyihin. Joten miten hyönteiset näkevät maailman?

Hyönteisten tapoja nähdä maailma

Heidän kykynsä nähdä on jaettu kolmeen tapaan.

Koko kehon pinta

Mielenkiintoinen ominaisuus, jossa ei tarvitse olla silmiä. Mutta sen suuri haitta on, että hyönteinen voi erottaa vain valon pimeydestä. Se ei näe esineitä tai värejä. Kuinka se toimii? Valo kulkee kynsinauhojen, ihon ulkokerroksen, läpi ja saavuttaa hyönteisen pään. Siellä aivosoluissa tapahtuu reaktio, ja hyönteinen ymmärtää, että valo putoaa sen päälle. Tällainen laite ei ole kaikkien saatavilla, mutta se on erittäin hyödyllinen niille hyönteisille, jotka elävät maan alla, esimerkiksi lieroille tai sokeille luolakuoriaisille. Tämän tyyppinen visio löytyy torakoista, kirvista ja toukista.

Aiheeseen liittyvät materiaalit:

Mihin siitepöly on tarkoitettu?

Yksinkertaisilla silmillä

Hyönteiset, joilla on yksinkertainen silmät, ovat onnekkaampia. He eivät vain pysty määrittämään pimeyttä valosta, vaan myös erottamaan yksittäiset esineet ja jopa niiden muodot. Tällaisia ​​silmiä löytyy useimmiten hyönteisten toukista. Esimerkiksi hyttysen toukilla on silmät silmien sijaan. tummia kohtia joka saa valoa. Mutta toukilla on viidestä kuuteen silmää päänsä kummallakin puolella. Tämän ansiosta hän tuntee hyvin muotoja. Mutta hän näkee pystysuorat esineet paljon paremmin kuin vaakasuuntaiset. Jos hänen on esimerkiksi valittava puu, hän ryömi mieluummin korkeampaan kuin leveämpään.

Yhdistetyt tai yhdistetyt silmät

Tällaisia ​​silmiä löytyy useimmiten aikuisista hyönteisistä. Voit tunnistaa ne välittömästi - ne sijaitsevat yleensä pään sivuilla. Yhdistelmäsilmät ovat paljon monimutkaisempia ja monipuolisempia kuin kaikki muut. Hän osaa tunnistaa esineiden muodot ja värit. Jotkut hyönteiset näkevät hyvin päivällä, kun taas toiset näkevät hyvin yöllä. Näiden silmien mielenkiintoinen ominaisuus on, että ne eivät näe koko kuvaa kokonaisuutena, vaan vain palasia. Ja jo aivoissa hyönteinen kokoaa palapelin vastaanotetuista kuvista nähdäkseen koko kuvan. Kuinka kärpänen onnistuu yhdistämään kaikki palaset lennon aikana? Yllättäen hän näkee paremmin lennossa kuin levossa. Ja laskeutumispaikalle mikä tahansa hyönteinen valitsee todennäköisemmin jotain, joka liikkuu tai huojuu.

Näön evoluution aikana jotkut eläimet kehittyvät melko monimutkaisiksi optiset instrumentit. Näihin kuuluu tietysti yhdistesilmät. Ne muodostuivat hyönteisissä ja äyriäisissä, joissakin niveljalkaisissa ja selkärangattomissa. Miten yhdistelmäsilmä eroaa yksinkertaisesta silmästä, mitkä ovat sen päätehtävät? Puhumme tästä tämän päivän materiaalissamme.

Yhdistyneet silmät

Tämä on optinen järjestelmä, rasteri, jossa ei ole yhtä verkkokalvoa. Ja kaikki reseptorit yhdistetään pieniksi verkkokalvoiksi (ryhmiksi), jotka muodostavat kuperan kerroksen, joka ei enää sisällä hermopäätteitä. Siten silmä koostuu monista yksittäisistä yksiköistä - ommatidioista, jotka on yhdistetty yhteinen järjestelmä näkemys.

Niille luontaiset yhdistetyt silmät eroavat binokulaarisista (myös ihmisille ominaisista) pienten yksityiskohtien huonosta määritelmästä. Mutta he pystyvät erottamaan valonvaihtelut (jopa 300 Hz), kun taas ihmisille enimmäisominaisuudet ovat 50 Hz. Ja tämän tyyppisen silmän kalvolla on putkimainen rakenne. Tämän vuoksi fasetsilmillä ei ole sellaisia ​​taittoominaisuuksia kuin kaukonäköisyys tai likinäköisyys, akkomodaatio-käsite ei sovellu niihin.

Jotkut rakenteelliset ja näköominaisuudet

Monet hyönteiset miehittää suurin osa päänsä ja ovat käytännössä liikkumattomia. Esimerkiksi sudenkorennon yhdistelmäsilmät koostuvat 30 000 hiukkasesta, jotka muodostavat monimutkaisen rakenteen. Perhosissa on 17 000 ommatidia, kärpäsissä 4 tuhatta, mehiläisissä 5. Työmuurahaisessa on pienin määrä hiukkasia - 100 kappaletta.

Kiikarit vai fasetti?

Ensimmäisen tyyppisen näkökyvyn avulla voit havaita esineiden tilavuuden, niiden pienet yksityiskohdat, arvioida etäisyyden esineisiin ja niiden sijainnin suhteessa toisiinsa. Ihmiset ovat kuitenkin rajoitettuja 45 asteen kulmaan. Jos tarvitaan kattavampi tarkistus, silmämuna suorittaa liikettä refleksitaso(tai käännämme pään akselin ympäri). Yhdistetyt silmät puolipallojen muodossa, joissa on ommatidia, antavat sinun nähdä ympäröivän todellisuuden kaikilta puolilta kääntämättä näköelimiäsi tai päätäsi. Lisäksi silmän välittämä kuva on hyvin samanlainen kuin mosaiikki: silmän yksi rakenneyksikkö havaitsee erillisen elementin, ja yhdessä ne ovat vastuussa kokonaiskuvan uudelleenluomisesta.

Lajikkeet

Ommatidialla on anatomiset ominaisuudet, minkä seurauksena niiden optiset ominaisuudet vaihtelevat (esimerkiksi eri hyönteisten kesken). Tutkijat määrittelevät kolme tyyppiä:

Muuten, tietyillä hyönteistyypeillä on sekoitettu tyyppi näköelimet, ja monilla niiden lisäksi, joita tarkastelemme, on myös yksinkertaiset silmät. Joten esimerkiksi kärpäsessä pään sivuilla on parillisia, melko suurikokoisia fasettielimiä. Ja kruunussa on kolme yksinkertaista silmää, jotka suorittavat aputoimintoja. Mehiläisellä on sama näköelinten organisaatio - eli vain viisi silmää!

Joillakin äyriäisillä yhdistesilmät näyttävät istuvan liikkuvilla varrella.

Ja joillakin sammakkoeläimillä ja kaloilla on myös ylimääräinen (parietaalinen) silmä, joka erottaa valon, mutta jolla on objektinäkö. Sen verkkokalvo koostuu vain soluista ja reseptoreista.

Nykyaikainen tieteellinen kehitys

SISÄÄN Viime aikoina Yhdistelmäsilmät ovat tutkijoiden tutkimuskohde ja ilo. Loppujen lopuksi tällaiset näköelimet tarjoavat alkuperäisen rakenteensa vuoksi perustan tieteellisille keksinnöille ja tutkimukselle modernin optiikan maailmassa. Tärkeimmät edut - laaja näkymä avaruus, keinotekoisten tahojen kehittäminen, joita käytetään ensisijaisesti miniatyyreissä, kompakteissa, salaisissa valvontajärjestelmissä.

Uskotaan, että jopa 90% tiedosta ulkopuolinen maailma ihminen saa omansa avulla stereoskooppinen näkö. Jänikset ovat saaneet sivunäköä, jonka ansiosta he näkevät sivuilla ja jopa takanaan olevat esineet. Syvänmeren kaloissa silmät voivat peittää jopa puolet päästä, ja nahkiaisen parietaalinen "kolmas silmä" mahdollistaa sen navigoinnin vedessä hyvin. Käärmeet näkevät vain liikkuvan kohteen, mutta muuttohaukan silmät tunnustetaan maailman valppaimmaksi, joka pystyy jäljittämään saaliin 8 km:n korkeudelta!

Mutta kuinka maan lukuisimman ja monipuolisimman elävien olentojen - hyönteisten - edustajat näkevät maailman? Selkärankaisten ohella, joille ne ovat huonompia vain ruumiin kooltaan, hyönteisillä on täydellisin näkö ja monimutkaisimmat rakenteet. optiset järjestelmät silmät. Vaikka hyönteisten yhdistelmäsilmissä ei ole akkomodaatiota, minkä seurauksena niitä voidaan kutsua likinäköisiksi, ne pystyvät, toisin kuin ihmiset, erottamaan erittäin nopeasti liikkuvat esineet. Ja niiden fotoreseptorien järjestetyn rakenteen ansiosta monilla heistä on todellinen "kuudes aisti" - polarisaationäkö.

Visio haalistuu - voimani,
Kaksi näkymätöntä timanttikeihästä...

A. Tarkovski (1983)

Sen merkitystä on vaikea yliarvioida Sveta(sähkömagneettinen säteily näkyvässä spektrissä) kaikille planeettamme asukkaille. auringonvalo toimii pääasiallisena energianlähteenä fotosynteettisille kasveille ja bakteereille sekä epäsuorasti niiden kautta kaikille maapallon biosfäärin eläville organismeille. Valo vaikuttaa suoraan kaiken monimuotoisuuden virtaukseen elämän prosesseja lisääntymisestä vuodenaikojen värien muutoksiin. Ja tietysti erityisten aistielinten valon havaitsemisen ansiosta eläimet saavat merkittäviä (ja usein b O suurin osa) ympäröivää maailmaa koskevasta tiedosta, he voivat erottaa esineiden muodon ja värin, määrittää ruumiiden liikkeet, navigoida avaruudessa jne.

Näkö on erityisen tärkeä eläimille, jotka pystyvät liikkumaan aktiivisesti avaruudessa: juuri liikkuvien eläinten ilmaantuessa näkö alkoi muodostua ja kehittyä. visuaaliset laitteet- monimutkaisin kaikista tunnetuista aistijärjestelmät. Tällaisia ​​eläimiä ovat selkärankaiset ja selkärangattomien joukossa pääjalkaiset ja hyönteiset. Juuri nämä organismiryhmät voivat ylpeillä monimutkaisimmista näköelimistä.

Näiden ryhmien visuaalinen laitteisto eroaa kuitenkin merkittävästi, samoin kuin kuvien havainnointi. Uskotaan, että hyönteiset ovat yleensä primitiivisempiä kuin selkärankaiset, puhumattakaan niiden korkeimmasta tasosta - nisäkkäistä ja luonnollisesti ihmisistä. Mutta niin erilaisia ​​ne ovat näköaisti? Toisin sanoen, onko maailma nähtynä pienen kärpäsen silmin paljon erilainen kuin meidän?

Mosaiikki kuusikulmioista

Hyönteisten näköjärjestelmä ei periaatteessa poikkea muiden eläinten näköjärjestelmästä ja koostuu ääreisnäön elimistä, hermorakenteista ja keskushermoston muodostelmista. hermosto. Mutta mitä tulee näköelinten morfologiaan, erot ovat yksinkertaisesti silmiinpistäviä.

Monimutkaisuus on kaikille tuttu fasetti hyönteisten silmät, joita esiintyy aikuisissa hyönteisissä tai hyönteisten toukissa, jotka kehittyvät kanssa epätäydellinen muunnos, eli ilman pupu-vaihetta. Tästä säännöstä ei ole monia poikkeuksia: nämä ovat kirput (lahko Siphonaptera), viuhkasiivet (lahko Strepsiptera), useimmat hopeakalat (suku Lepismatidae) ja koko kryptognataaniluokka (Entognatha).

Yhdistelmäsilmä näyttää kypsän auringonkukan korilta: se koostuu joukosta puolia ( ommatidia) - autonomiset valosäteilyvastaanottimet, joissa on kaikki tarvittava valovirran ja kuvanmuodostuksen säätelyyn. Fasettien määrä vaihtelee suuresti: useista harjashännistä (Thysanura) 30 tuhanteen sudenkorennoista (laji Aeshna). Yllättäen ommatidioiden määrä voi vaihdella jopa yhden systemaattisen ryhmän sisällä: esimerkiksi useilla avoimissa paikoissa elävillä maakuoriaisilla on hyvin kehittyneet yhdistelmäsilmät. iso määrä ommatidia, kun taas kivien alla elävillä maakuoriaisilla silmät ovat huomattavasti pienentyneet ja koostuvat pienestä määrästä ommatidia.

Ommatidian ylempää kerrosta edustaa sarveiskalvo (linssi) - erityisten solujen erittämä läpinäkyvän kynsinauhan osa, joka on eräänlainen kuusikulmainen kaksoiskupera linssi. Useimpien hyönteisten sarveiskalvon alla on läpinäkyvä kiteinen kartio, jonka rakenne voi vaihdella erilaisia ​​tyyppejä. Joissakin lajeissa, erityisesti johtavissa yön ilme käyttöikä, valoa taittavassa laitteessa on lisärakenteita, jotka toimivat pääasiassa heijastuksenestopinnoitteena ja lisäävät silmän valonläpäisyä.

Linssin ja kristallikartion muodostama kuva putoaa valoherkälle verkkokalvo(visuaaliset) solut, jotka ovat neuroni, jolla on lyhyt häntä-aksoni. Useat verkkokalvon solut muodostavat yhden sylinterimäisen nipun - verkkokalvo. Jokaisen tällaisen solun sisällä, sisäänpäin päin olevalla puolella, sijaitsee ommatidium rabdomeri- monien (jopa 75–100 tuhatta) mikroskooppisten villiputkien erityinen muodostus, jonka kalvo sisältää visuaalista pigmenttiä. Kuten kaikissa selkärankaisissa, tämä pigmentti on rodopsiini- monimutkainen värillinen proteiini. Näiden kalvojen valtavan alueen vuoksi fotoreseptorineuroni sisältää suuri määrä rodopsiinimolekyylit (esimerkiksi hedelmäkärpäsissä Drosophila tämä määrä ylittää 100 miljoonaa!).

Kaikkien visuaalisten solujen rabdomeerit yhdistettynä rabdomi, ja ovat valoherkkiä yhdistesilmän reseptorielementtejä, ja kaikki verkkokalvo yhdessä muodostavat verkkokalvomme analogin.

Fasetin valoa taittava ja valoherkkä laitteisto ympäröi kehää pitkin pigmenteillä varustettuja soluja, jotka toimivat valoeristyksenä: niiden ansiosta valovirta taittuessaan saavuttaa vain yhden ommatidian hermosolut. Mutta näin fasetit on järjestetty ns fotopic silmät ovat sopeutuneet kirkkaaseen päivänvaloon.

Hämärää tai yöllistä elämäntapaa viettäville lajeille on ominaista erityyppiset silmät - skotooppinen. Tällaisilla silmillä on useita mukautuksia riittämättömään valovirtaan, esimerkiksi erittäin suuret rabdomeerit. Lisäksi tällaisten silmien ommatidioissa valoa eristävät pigmentit voivat kulkea vapaasti solujen sisällä, jolloin valovirta pääsee viereisten ommatidian visuaalisiin soluihin. Tämä ilmiö on taustalla ns tumma sopeutuminen hyönteisten silmät - silmän lisääntynyt herkkyys hämärässä.

Kun rabdomeerit absorboivat valon fotoneja, verkkokalvon soluissa syntyy hermoimpulsseja, jotka lähetetään aksoneja pitkin hyönteisaivojen parillisiin optisiin lohkoihin. Jokaisessa optisessa keilassa on kolme assosiaatiokeskusta, joissa käsitellään samanaikaisesti monelta taholta tulevaa visuaalista informaatiota.

Yhdestä kolmeenkymmeneen

Muinaisten legendojen mukaan ihmisillä oli kerran "kolmas silmä", joka vastasi aistin ulkopuolisesta havainnosta. Tästä ei ole näyttöä, mutta samoilla nahkiaisilla ja muilla eläimillä, kuten tuftaisella liskolla ja joillakin sammakkoeläimillä, on epätavalliset valoherkät elimet "väärässä" paikassa. Ja tässä mielessä hyönteiset eivät jää jäljessä selkärankaisista: tavallisten yhdistesilmien lisäksi niillä on pieniä ylimääräisiä silmäsoluja - ocelli sijaitsee frontoparietaalisella pinnalla ja varret- pään sivuilla.

Ocelli esiintyy pääasiassa hyvin lentävissä hyönteisissä: aikuisissa (lajeissa, joissa on täydellinen muodonmuutos) ja toukissa (lajeissa, joissa on epätäydellinen metamorfoosi). Yleensä nämä ovat kolme kolmion muotoon järjestettyä ocellia, mutta joskus keskimmäinen tai kaksi sivutta saattaa puuttua. Ocelli on rakenteeltaan samanlainen kuin ommatidian: valoa taittavan linssin alla niillä on kerros läpinäkyviä soluja (analogisesti kiteistä kartiota) ja verkkokalvon verkkokalvo.

Varsia löytyy hyönteisten toukista, jotka kehittyvät täydellisellä muodonmuutoksella. Niiden lukumäärä ja sijainti vaihtelevat lajista riippuen: pään kummallakin puolella voi olla yhdestä kolmeenkymmeneen ocellia. Toukissa kuusi ocellia on yleisempää, ja ne on järjestetty siten, että jokaisella niistä on erillinen näkökenttä.

Erilaisissa hyönteisryhmissä varren rakenne voi poiketa toisistaan. Nämä erot johtuvat mahdollisesti niiden alkuperästä erilaisista morfologisista rakenteista. Siten yhden silmän neuronien määrä voi vaihdella useista yksiköistä useisiin tuhansiin. Tämä luonnollisesti vaikuttaa hyönteisten ymmärrykseen ympäröivästä maailmasta: jos jotkut heistä näkevät vain valon liikkeen ja tummia kohtia, niin muut pystyvät tunnistamaan esineiden koon, muodon ja värin.

Kuten näemme, sekä varret että ommatidia ovat yksittäisten puolien analogeja, vaikkakin modifioituja. Hyönteisillä on kuitenkin muita "varavaihtoehtoja". Näin ollen jotkut toukat (etenkin Diptera-lahkosta) pystyvät tunnistamaan valon jopa täysin varjostetuilla silmillä kehon pinnalla sijaitsevien valoherkkien solujen avulla. Ja joillakin perhoslajeilla on niin sanotut sukuelinten fotoreseptorit.

Kaikki tällaiset fotoreseptorivyöhykkeet ovat rakenteeltaan samanlaisia ​​ja edustavat useiden hermosolujen klusteria läpinäkyvän (tai läpikuultavan) kynsinauhan alla. Tällaisten ylimääräisten "silmien" vuoksi kaksikappaiset toukat välttävät avoimia tiloja, ja naarasperhoset käyttävät niitä muniessaan varjoisille alueille.

Fasetoitu Polaroid

Mitä hyönteisten monimutkaiset silmät voivat tehdä? Kuten tiedetään, millä tahansa optisella säteilyllä voi olla kolme ominaisuutta: kirkkaus, alue(aallonpituus) ja polarisaatio(sähkömagneettisen komponentin värähtelyjen suunta).

Hyönteiset käyttävät valon spektriominaisuuksia rekisteröidessään ja tunnistaakseen esineitä ympäröivästä maailmasta. Lähes kaikki heistä pystyvät havaitsemaan valoa alueella 300–700 nm, mukaan lukien spektrin ultraviolettiosa, johon selkärankaiset eivät pääse käsiksi.

Yleensä, eri värejä hyönteisten yhdistesilmän eri alueet havaitsevat. Tällainen "paikallinen" herkkyys voi vaihdella jopa saman lajin sisällä yksilön sukupuolesta riippuen. Usein sama ommatidia voi sisältää erilaisia ​​värireseptoreita. Siis suvun perhosissa Papilio kahdella fotoreseptorilla on visuaalinen pigmentti, jonka absorptiomaksimi on aallonpituudella 360, 400 tai 460 nm, kahdella muulla aallonpituudella 520 nm ja muilla välillä 520 ja 600 nm (Kelber et al., 2001).

Mutta tämä ei ole kaikki, mitä hyönteissilmä voi tehdä. Kuten edellä mainittiin, näköhermosoluissa rabdomeraalisten mikrovillien fotoreseptorikalvo on taitettu putkeen, jonka poikkileikkaus on pyöreä tai kuusikulmainen. Tästä johtuen jotkin rodopsiinimolekyylit eivät osallistu valon absorptioon, koska näiden molekyylien dipolimomentit sijaitsevat yhdensuuntaisesti valonsäteen polun kanssa (Govardovsky ja Gribakin, 1975). Seurauksena on, että mikrovillus hankkii dikroismi- kyky absorboida valoa eri tavalla sen polarisaatiosta riippuen. Ommatidiumin polarisaatioherkkyyden kasvua helpottaa myös se, että visuaalisen pigmentin molekyylit eivät sijaitse satunnaisesti kalvossa, kuten ihmisillä, vaan ovat suuntautuneet yhteen suuntaan ja lisäksi ovat jäykästi kiinnittyneitä.

Jos silmä pystyy erottamaan kaksi valonlähdettä niiden spektriominaisuuksien perusteella riippumatta säteilyn voimakkuudesta, voidaan puhua värinäkö . Mutta jos hän tekee tämän kiinnittämällä polarisaatiokulman, kuten tässä tapauksessa, meillä on täysi syy puhua hyönteisten polarisaationäkemyksestä.

Miten hyönteiset havaitsevat polarisoidun valon? Ommatidiumin rakenteen perusteella voidaan olettaa, että kaikkien fotoreseptorien tulee olla yhtä aikaa herkkiä sekä tietylle valoaaltojen pituudelle että valon polarisaatioasteelle. Mutta tässä tapauksessa voi olla vakavia ongelmia- niin kutsuttu väärä värin käsitys. Siten lehtien kiiltävältä pinnalta tai veden pinnalta heijastuva valo on osittain polarisoitunut. Tässä tapauksessa aivot voivat analysoida fotoreseptoritietoja, ja ne voivat tehdä virheen arvioidessaan värin voimakkuutta tai heijastavan pinnan muotoa.

Hyönteiset ovat oppineet selviytymään menestyksekkäästi tällaisista vaikeuksista. Siten useissa hyönteisissä (ensisijaisesti kärpäsissä ja mehiläisissä) ommatidioihin muodostuu rabdom, jotka havaitsevat vain väriä suljettu tyyppi , jossa rabdomeerit eivät kosketa toisiinsa. Samaan aikaan niissä on myös ommatidioita, joissa on tavanomaiset suorat rhabdoms, jotka ovat myös herkkiä polarisoidulle valolle. Mehiläisillä tällaiset tahot sijaitsevat silmän reunalla (Wehner ja Bernard, 1993). Joissakin perhosissa värin havaitsemisen vääristymät eliminoituvat rabdomeerien mikrovillien merkittävän kaarevuuden vuoksi (Kelber et al., 2001).

Monilla muilla hyönteisillä, erityisesti perhosilla, tavanomaiset suorat rhabdoms ovat säilyneet kaikissa ommatidioissa, joten niiden fotoreseptorit pystyvät havaitsemaan samanaikaisesti sekä "värillistä" että polarisoitua valoa. Lisäksi jokainen näistä reseptoreista on herkkä vain tietylle polarisaatiokulmalle ja tietylle valon aallonpituudelle. Tämä hienostunut visuaalinen havainto auttaa perhosia ruokinnassa ja munien asettamisessa (Kelber et al., 2001).

Tuntematon maa

Voit syventyä loputtomasti hyönteissilmän morfologian ja biokemian ominaisuuksiin ja silti sinun on vaikea vastata niin yksinkertaiseen ja samalla uskomattoman monimutkainen kysymys: Miten hyönteiset näkevät?

Ihmisen on vaikea edes kuvitella kuvia, jotka syntyvät hyönteisten aivoissa. Mutta on huomattava, että se on suosittu nykyään näön mosaiikkiteoria, jonka mukaan hyönteinen näkee kuvan eräänlaisena kuusikulmioiden palapelinä, ei heijasta täysin tarkasti ongelman ydintä. Tosiasia on, että vaikka jokainen yksittäinen puoli ottaa erillisen kuvan, joka on vain osa koko kuvasta, nämä kuvat voivat olla päällekkäisiä viereisistä puolista saatujen kuvien kanssa. Siksi kuva maailmasta, joka saadaan käyttämällä sudenkorennon valtavaa silmää, joka koostuu tuhansista pienoisfasettikameroista, ja muurahaisen "vaatimattomasta" kuusipuolisesta silmästä on hyvin erilainen.

Mitä tulee näöntarkkuus (resoluutio, eli kyky erottaa esineiden hajoamisaste), niin hyönteisissä se määräytyy kulmien lukumäärällä silmän kuperaa pintayksikköä kohti, eli niiden kulmatiheys. Toisin kuin ihmisillä, hyönteisten silmillä ei ole mukautumiskykyä: valoa johtavan linssin kaarevuussäde ei muutu. Tässä mielessä hyönteisiä voidaan kutsua likinäköisiksi: ne näkevät enemmän yksityiskohtia, mitä lähempänä havaintokohdetta ovat.

Samanaikaisesti yhdistesilmäiset hyönteiset pystyvät erottamaan erittäin nopeasti liikkuvat kohteet, mikä selittyy niiden suurella kontrastilla ja alhaisella inertialla visuaalinen järjestelmä. Esimerkiksi ihminen pystyy erottamaan vain noin kaksikymmentä välähdystä sekunnissa, mutta mehiläinen pystyy erottamaan kymmenen kertaa enemmän! Tämä ominaisuus on elintärkeä nopeasti lentäville hyönteisille, joiden on tehtävä päätöksiä lennon aikana.

Hyönteisten havaitsemat värikuvat voivat myös olla paljon monimutkaisempia ja epätavallisempia kuin meidän. Esimerkiksi kukka, joka näyttää meistä valkoiselta, kätkee usein terälehtiinsä monia pigmenttejä, jotka voivat heijastaa ultraviolettivaloa. Ja pölyttävien hyönteisten silmissä se kimaltelee monilla värikkäillä sävyillä - osoittimilla matkalla nektaria.

Uskotaan, että hyönteiset "eivät näe" punaista väriä, joka " puhdas muoto"ja on luonnossa äärimmäisen harvinainen (poikkeuksena hummingbirdin pölyttämät trooppiset kasvit). Punaiset kukat sisältävät kuitenkin usein muita pigmenttejä, jotka voivat heijastaa lyhytaaltosäteilyä. Ja jos ajattelet, että monet hyönteiset eivät pysty havaitsemaan kolmea pääväriä, kuten ihminen, vaan enemmän (joskus jopa viittä!), Niiden visuaalisten kuvien tulisi olla yksinkertaisesti värien ylellisyyttä.

Ja lopuksi, hyönteisten "kuudes aisti" on polarisaationäkö. Sen avulla hyönteiset onnistuvat näkemään ympäröivässä maailmassa sen, mitä ihmisillä on vain heikko käsitys erityisten optisten suodattimien käytöstä. Tällä tavalla hyönteiset voivat määrittää tarkasti auringon sijainnin pilvisellä taivaalla ja käyttää polarisoitua valoa "taivaallisena kompassina". Ja lennossa olevat vesihyönteiset havaitsevat vesistöjä osittain polarisoidulla valolla, joka heijastuu veden pinnalta (Schwind, 1991). Mutta millaisia ​​kuvia he "näkevät", ihmisen on yksinkertaisesti mahdotonta kuvitella...

Jokaisella, joka syystä tai toisesta on kiinnostunut hyönteisten näkemisestä, voi olla kysymys: miksi heille ei kehittynyt samanlaista kammiosilmää kuin ihmissilmään, pupillilla, linssillä ja muilla laitteilla?

Tähän kysymykseen vastasi kerran tyhjentävästi erinomainen amerikkalainen teoreettinen fyysikko, nobelisti R. Feynman: "Tämä on jonkin verran estynyt mielenkiintoisia syitä. Ensinnäkin mehiläinen on liian pieni: jos sillä olisi samanlainen silmä kuin meillä, mutta vastaavasti pienempi, niin pupillin koko olisi luokkaa 30 mikronia ja siksi diffraktio olisi niin suuri, että mehiläinen ei silti pysty näkemään paremmin. Liian pieni silmä ei ole hyvä asia. Jos tällainen silmä on riittävän kokoinen, sen ei tulisi olla pienempi kuin itse mehiläisen pää. Yhdistelmäsilmän arvo on siinä, että se ei vie käytännössä yhtään tilaa - vain ohut kerros pään pinnalla. Joten ennen kuin annat neuvoja mehiläiselle, älä unohda, että sillä on omat ongelmansa!

Siksi ei ole yllättävää, että hyönteiset ovat valinneet oman polkunsa maailman visuaalisessa kognitiossa. Ja nähdäksemme sen hyönteisten näkökulmasta meidän täytyisi hankkia valtavat yhdistelmäsilmät säilyttääksemme tavanomaisen näöntarkkuuden. On epätodennäköistä, että tällainen hankinta olisi meille hyödyllinen evoluution näkökulmasta. Jokaiselle omansa!

Kirjallisuus
1. Tyshchenko V.P. Hyönteisten fysiologia. M.: valmistua koulusta, 1986, 304 s.
2. Klowden M. J. Physiological Systems insects. Academ Press, 2007. 688 s.
3. Nation J. L. Insect Physiology and Biochemistry. Toinen painos: CRC Press, 2008.

Sivu 3/5

Hyönteiset ja ihmiset katsovat maailmaa kirjaimellisesti eri silmillä. Kaikkien hyönteisten silmät - olkoon se sitten huonekärpänen, hornet, perhonen tai kovakuoriainen - monimutkainen (fasetoitu), joka koostuu yksittäisistä silmistä. (Monilla lajeilla on myös yksinkertaisilla silmillä.) Joissakin perhosissa ja sudenkoreoissa yhdistesilmä koostuu 30 000 alkuaineesta; muurahaisilla on vain kuusi. Jokaisella silmällä on oma linssi, polttoväli joka on kiinteä ja ei sovi. Hyönteinen näkee mosaiikkikuvan (tältä näyttää suuresti suurennettu sanomalehtivalokuva - koostuu yksittäisistä pilkkuista) ja erottaa esineiden muodon huonosti. Mutta yhdistelmäsilmä näkee liikkeet täydellisesti, mikä auttaa hyönteistä välttämään saalistajat ja havaitsemaan saaliin.

Kärpästen ja sudenkoretojen silmät vievät suurimman osan pään pinnasta ja tarjoavat lähes 360 asteen näkymän, joten saalistajat voidaan nähdä lähestyvän takaa, ylhäältä ja alhaalta. Muurahaiset, jotka viettävät suurimman osan ajastaan ​​maan alla, tyytyvät alikehittyneisiin silmiin, ja jotkut lajit ovat sokeita.

Yhdistelmäsilmän rakenne

Kuinka monta silmää sudenkorennolla on?

Petollisille ja nopeasti lentäville hyönteisille näkö on hyvin tärkeä. Heidän silmänsä koostuvat monista yksittäisistä silmistä. Tällainen yhdistelmäsilmä sudenkoreoissa voi koostua 30 000 yksittäisestä linssistä. Linssien ja läpinäkyvien kristallikartioiden läpi kulkeva valo saavuttaa herkät solut. Ne muuttavat sen sähköimpulsseiksi, jotka siirretään sitten aivoihin, joissa kerätään täydellinen kuva. Tämä kuva näyttää olevan jaettu soluihin ja koostuu monista pisteistä - kuten sanomalehtikuva tai television näytönsäästäjä. Yhdistelmäsilmien lisäksi monilla hyönteisillä on otsassa kolme pientä silmää, joissa on useita valoherkkiä soluja ja yksi yhteinen linssi. Hyönteiset tarvitsevat niitä määrittääkseen ympäröivän tilan valaistusasteen ja säätääkseen kehonsa asentoa lennon aikana. Sudenkorennossa yksittäiset silmäsilmät yhdistesilmien sisällä ovat selvästi näkyvissä. Rakenteeltaan suhteellisen yksinkertainen, otsan keskellä oleva lisäsilmä näyttää vesipisaralta.

Dragonfly lentonopeus

Suuret sudenkorennot lentävät yleensä noin 30 km/h nopeudella. Yksi australialainen sudenkorentolaji voi saavuttaa jopa 58 km/h nopeuden lentäessään lyhyitä matkoja. Nopeiden lentojen mestareita ovat kuitenkin hevoskärpäset. Amerikkalaisen hevoskärpäsen nopeus on jopa 70 km/h. Sudenkorennot pystyvät liikuttamaan siipiään kaikkiin suuntiin ja siten jopa lentää taaksepäin.

Näkevätkö hyönteiset värejä?

Ihmisen visuaaliset solut tunnistavat kolme pääväriä: sininen, vihreä ja punainen. Kaikki muut värit syntyvät näiden kolmen päävärin sekoittamisesta. Mehiläisessä jokaisessa yksittäisessä silmässä on myös kolmenlaisia ​​soluja, jotka kuitenkin erottavat sinisen, vihreän ja ultraviolettivalon. Mehiläiset eivät havaitse punaista väriä: se näyttää heistä tummanharmaalta tai mustalta. Ultraviolettivalo antaa mehiläisille, muurahaisille ja kärpäsille tietoa polarisoidun valon värähtelyjen suunnasta, jota hyönteisen aivot analysoivat. Siksi hyönteiset voivat jopa korkeissa pilvissä arvioida auringon sijainnin ja navigoida alueella. Vesibugit ja smoothiet käyttävät myös dataa polarisoidusta valosta, jolla he näkevät veden pinnat heijastamassa valoa lennon aikana.

Mikä on resoluutio?

Ihminen voi havaita 20 vuorottelevaa kuvaa sekunnissa. Jos tämä tapahtuu nopeammin, kuva näkyy liikkeessä. Tätä tehostetta käytetään elokuvia kuvattaessa. Tietokonenäytön ja television kuva päivittyy 50 kertaa sekunnissa ja näyttää siksi vakiolta. Lantakärpäsen silmä pystyy erottamaan yksittäiset kuvat neljän tuhannesosan sisällä. Mehiläiset katso 300 kuvaa sekunnissa.