Хрусталик и сетчатка глаз стрекозы
Далекому от биологии человеку глаз кажется немыслимым с точки зрения эволюции устройством, чрезвычайно сложным. Попробуем разобраться и легким языком объяснить, как возникли наши органы зрения.
Пигментное пятно
Зрение, как способ регистрации освещенности, присутствует уже у одноклеточных организмов. Это, например, маленький красный глазок, знакомый всем по рисункам хламидомонады и эвглены зеленой в школьном учебнике биологии. На этапе возникновения многоклеточных организмов некоторые клетки приобретали сходную способность — регистрировать освещенность. Там, где светло, можно было добывать еду, там где темно, можно было спрятаться в случае опасности. Регистрирующие свет клетки собирались в группы — пигментные пятна, первые примитивные глаза.
Такие глаза встречаются и сейчас у червей, примитивных моллюсков, полипов и других. Например, у гидры, еще один пример из школьного учебника, светочувствительные рецепторы расположены на концах щупалец, видимо, для того, чтобы регистрировать ослабление освещенности, когда добыча проплывает мимо щупальца.
Пресноводная гидра, счастливый обладатель фоторецепторов
Камера обскура
Что же сделать, чтобы пигментное пятно могло не только регистрировать свет, но и определять его направление? Следует придать глазу объем. И тут эволюция пошла двумя путями. Артроподы (членистоногие — трилобиты, пауки, раки, мухи) развили глаза выпуклые, у некоторых даже на стебельках. Такие глаза обеспечивали отличный круговой обзор и могли идентифицировать, с какой стороны идет свет благодаря разнице в освещенности разных сторон. Наши предки и моллюски пошли другим путем — светочувствительные клетки «спрятались» в углубление, соответственно, также приобрели объемную форму, позволяющую определить источник света, вместо пигментного пятна получилась пигментная ямка. Такие глаза до сих пор встречаются у некоторых улиток и червей.
Трилобит с глазами на стебельках
Пигментная ямка уже позволяла ориентироваться в пространстве при помощи света, но чем глубже она становилась и чем уже было выходящее наружу отверстие, тем точнее получалась картинка изменения освещенности. Из ямки получалась настоящая камера обскура. Именно такие глаза сохранились у современных наутилусов — живых свидетелей эпохи динозавров.
Наутилус, реликтовый головоногий моллюск с наружной раковиной и глазом в виде камеры обскура.
Примитивный глаз
Камера обскура это очень хорошо, однако в ней плещется морская вода. А если закопаться в грунт, то будет бултыхаться еще и песок, ил и другой мусор. Глаза станут бесполезны. Однако легко предположить, что мутация с зарастанием отверстия такого глаза клетками эпителия была достаточно распространена. Существа с изолированной глазной камерой, очевидно, получали возможность быстро прятаться в ил от хищников и стремительно покидать убежище, сохраняя зрение.
В примитивном глазу некоторых моллюсков камера глаза заполнилась стекловидным телом и из покровных клеток стали формироваться роговица и хрусталик глаза за счет выработки большого количества белков-кристаллинов, изменения формы клеток, да и многого другого.
Настоящий глаз
Став монолитным органом из светочувствительных клеток, стекловидного тела, хрусталика и роговицы, глаз обзавелся собственной мускулатурой. Этот процесс так же сложен, но вполне объясним. Имея возможность сокращать и расслаблять мышцы тканей вокруг глаза, можно было кое-как влиять на положение глазного яблока. Соответственно те, кто мог лучше вращать глазами, получали эволюционное преимущество и чаще выживали, закрепляя свои способности и передавая потомкам зачатки мускулатуры, управляющей глазом. Что же касается фокусировки, то кольцевая мышца, регулирующая этот процесс, скорее всего возникла еще на этапе камеры обскура, чтобы регулировать количество света, попадающего на сетчатку, а так же чтобы закрывать камеру при опасности заполнения ее пылью и мусором. Впоследствии эти мышцы стали управлять механикой зрачка и хрусталика.
Основные этапы эволюции глаза, слева направо: светочувствительные клетки пигментного пятна, пигментная ямка, камера обскура, примитивный глаз со стекловидным телом и простым хрусталиком-линзой, настоящий глаз со всеми так нами любимыми способностями
Самое интересное. О чем не сказано в основном тексте
Глаза возникали у разных групп животных множество раз. Мы лишь упомянули глаза насекомых (а ведь есть еще иглокожие, медузы и многие другие!), сосредоточившись на
происхождении наших органов зрения — глаз позвоночных. Но рассматривали мы в основном глаза моллюсков. Как же так?
Дело в том, что глаза моллюсков и позвоночных очень похожи. Это так называемая конвергентная эволюция, когда у самых разных групп организмов появляются в сходных условиях сходные свойства. Самый распространенный пример — внешнее сходство дельфинов и акул. Примерно так же сходны глаз человека и глаз осьминога.
Эволюция нашего типа зрения изучается на примере моллюсков, так как разные группы этих существ сохранили до наших дней все переходные формы глаз, от пигментного пятна улитки через камеру обскура наутилуса к глазу осьминога, столь же совершенному, как наш собственный. И даже совершеннее, так как глаз позвоночных содержит глупейшую с точки зрения здравого смысла ошибку, на наш взгляд перечеркивающую напрочь все возможные предположения о том, что кто-то всемогущий сознательно участвовал в сотворении жизни на Земле.
Мы говорим о слепом пятне — зоне в сетчатке нашего глаза, через которую нервные волокна от каждой светочувствительной клетки проходят к мозгу. Мы ее не замечаем, так как наш мозг научился достраивать нужное изображение. Откуда взялось слепое пятно?
Слева — глаз позвоночного со слепым пятном. Справа — глаз головоногого моллюска.
1 — сетчатка; 2 — нервные волокна; 3 — зрительный нерв; 4 — слепое пятно
Нервные волокна у позвоночных проходят прямо поверх сетчатки глаза, в то время как у осьминога они собираются в зрительный нерв проходя по тыльной стороне глаза, как и разместил бы их адекватный проектировщик. Представьте себе, что в объективе вашего фотоаппарата маленькая дырочка и через нее проходят все провода от микросхемы, считывающей изображение к карте памяти. Прямо по объективу. Вот так примерно инженер видит наш с Вами глаз.
В какой-то момент эволюции, скорее всего на этапе перехода от пигментной ямки к камере обскура, у наших предков светочувствительные клетки оказались повернуты к поверхности тела не той стороной. Как именно точно не известно. Можно предположить, что в некоторых новых условиях нашим предкам потребовались глаза не на верхней, где они развились, а на нижней половине тела. Например, если эти существа перестали ползать по илу кембрийских морей и воспарили в манящую синь вод первобытного океана. С точки зрения естественного отбора оказалось выгоднее опустить глаза вниз прямо сквозь полупрозрачное тело их обладателей. Так и возникла ошибка, приведшая к образованию слепого пятна и к вероятности отслоения сетчатки, что тоже связано с расположением нервных волокон поверх нее.
Спасибо тем, кто дочитал до конца. Не стесняйтесь, ставьте лайки, делитесь в соцсетях, подписывайтесь на канал. Для того, чтобы Россия стала действительно великой страной, мы должны нести свет знаний в массы. Образование, даже в таком легком формате, как на канале Локаята — залог нашего общего будущего процветания.
Источник
Человек, хоть он и считает себя венцом эволюции, мог бы научиться очень многому, изучая физическое строение и способности животных, птиц и даже насекомых. Полученные знания могут быть в дальнейшем применены для создания разнообразных технических устройств и приборов.
Биологам давно уже было известно, что млекопитающие могут отслеживать траекторию движущихся объектов и прогнозировать, куда они направятся.
Исследователи из Университета Аделаиды (Австралия) и Лундского университета (Швеция) обнаружили, что стрекозы также способны избирательно отслеживать полет потенциальной добычи и мозг их прогнозирует ее дальнейшее перемещение. Именно поэтому стрекозы являются прекрасными охотниками — выбрав жертву они практически всегда точно настигают ее.
Особенности зрения стрекоз, их точную фокусировку на цели и прогнозирование дальнейшего движения объекта ученые собираются использовать для усовершенствования технического зрения роботов, которые смогут решать самые разные практические, научные и военные задачи.
И надо признать, что если бы человек создал робота, который хотя бы на тысячную долю обладал всеми уникальными возможностями стрекозы, то это было бы фантастическое, эффективное и опасное устройство.
Так какими же уникальными способностями обладает стрекоза?
Глаз стрекозы — это потрясающее чудо природы. Это нам только кажется, что у стрекозы два огромных круглых глаза — на самом деле каждый из них состоит из нескольких десятков тысяч крошечных органов зрения — фасеток. Каждая фасетка смотрит независимо от других, и в целом у насекомого получается огромный панорамный обзор.
Фасетки имеют конусообразное строение с широкой видимой гранью (омматидий), а узкие части фасеток собираются в единое целое в глубине глаза. Каждая грань создает свой собственный образ, а мозг стрекозы с помощью визуальных нейронов обобщает тысячи изображений в одну картину.
Но и это еще не все! Помимо двух сложных фасеточных глаз стрекоза имеет на своем темени еще три добавочных глаза, имеющих одну линзу. Стрекоза ПЯТИГЛАЗАЯ!!!
Два сложных фасеточных и три простых глаза позволяют стрекозе получать практически круговой обзор.
Хрусталик в глазу человека видит изображение перевернутым, а мозг затем обрабатывает информацию. Глаз стрекозы видит сразу прямое изображение.
Изучив глаза стрекозы под микроскопом, ученые выяснили, что верхние фасетки у нее имеют наибольший размер и видят монохромные цвета — белый и черный. Более мелкие нижние фасетки различают разные цвета. Кроме того, в отличие от человека, стрекоза способна видеть и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.
Заприметив жертву, драконовая муха (от англ. dragonfly) следит за черной точкой на светлом фоне неба. Затем, совершая свой знаменитый маневр перехвата, стрекоза поднимается над своей добычей и ей нужно хорошо ее видеть на фоне земли и растительности. В этот момент в работу включаются нижние глазки, которые различают цвета.
Имея зрение в 360 градусов, стрекоза может спастись от нападения сзади, тогда как для многих насекомых оно стало бы смертельным: эта зона недоступна для их зрения.
Стрекозы пользуются преимуществами своего зрения: во время охоты они нападают сзади и снизу – оттуда, откуда жертва не может их увидеть. Стрекозы не имеют темных пятен в зрении («слепая зона» в камерах видеонаблюдения), поэтому их невозможно поймать.
Также ученые обнаружили, что глаз стрекозы различает мерцание света — таким образом хищница замечает быструю вибрацию крылышек своих жертв и переходит в нападение, поджидая жертву и прогнозируя ее дальнейшее перемещение.
Дальность зрения у стрекозы небольшая — всего около 8 метров. Но ей этого достаточно.
Помимо уникальных способностей фасеточного зрения, стрекоза является единственным насекомым в мире, обладающим невероятным контролем своих крыльев.
Стрекозы могут двигать крыльями поочерёдно и в любой последовательности. Одним из наиболее отличительных характеристик стрекоз является то, как работают их крылья. Их четыре крыла работают независимо друг от друга, позволяя стрекозе двигаться в воздухе, наподобие вертолёта — они могут зависать, лететь вперёд, назад и вбок и мгновенно изменять направление полёта, если им это нужно.
Стрекозы обладают большой маневренностью и скоростью полета до 100 км/час.
На крыльях стрекозы есть небольшие утолщения, которые называются крыловыми глазками. Такие же конструкции на самолетах придумали и авиационные конструкторы. Эта деталь помогает избежать колебания крыльев и их поломки во время полета.
Делая незначительные движения каждым крылом стрекоза быстро корректирует свое положение, точно целится и замирает прямо на пути летящей к своей гибели жертвы. Стрекозы в мире насекомых – самые опасные убийцы.
Стрекозы невероятно эффективны: в 95% случаев они захватывают свою добычу. Для сравнения, акулы, одни из самых яростных и ловких хищников в природе, ухитряются ловить только половину той добычи, на которую охотятся.
Стрекоза считается самым прожорливым хищником среди насекомых на планете. Энтомологи подсчитали, что за два часа она съедает более 40 мух.
Челюсти стрекозы могут открываться на ширину, равную высоте ее головы, это позволяет ей есть буквально все, что соответствует этому размеру, и чаще всего стрекозы поедают свою добычу в воздухе, даже не приземляясь.
Интересен факт того, что стрекоза не выслеживает и не гоняется за насекомыми, а перехватывает их, «рассчитывая» траекторию движения жертвы. Добычей становятся бабочки, комары, мухи — это то, чем питаются стрекозы ежедневно.
Стрекозы умеют рассчитывать во время охоты 3 вещи: расстояние до добычи, направление ее движения и скорость полета. За доли секунд стрекоза вычисляет угол подлета и ждет, когда несчастная жертва попадется прямо в ее смертельные когтистые лапы.
Пойманное насекомое сначала обезвреживается. Для этого стрекоза обхватывает его передними лапками, чтобы лишить возможности двигаться. Затем у жертвы отрываются крылья. Беспомощное насекомое попадает в ротовой аппарат хищницы, где при помощи мощных грызущих органов пища измельчается до состояния кашицы, а затем происходит дальнейшее ее переваривание. После проглатывания добычи стрекоза вновь начинает охоту за насекомыми. Хищница очень редко отдыхает.
В отличие от всех других насекомых, нервная система стрекозы еще и обладает многозадачностью (понятное дело, компьютеры тоже подсмотрели у стрекоз в голове!)
Стрекозы способны мгновенно переключаться с одного объекта на другой по своему желанию. Стрекоза, которой вживили нано-электрод, сначала была сосредоточена на одном объекте, затем переключилась на другой, потом вернулась к первому, ничего не теряя из виду. Эта избирательная концентрация внимания позволяет стрекозам сосредотачиваться на одной цели, при этом имея информацию об остальной части роя, избегая столкновения и выбирая себе жертву «по вкусу.»
Все эти фантастические способности развились у стрекоз в процессе эволюции за многие тысячелетия для наилучшей выживаемости вида.
Cтрекоза – одно из древнейших насекомых на нашей планете, ее останки найдены в отложениях каменного угля времён юрского периода. Эти изящные и невероятно ловкие и маневренные насекомые не только выжили, но и распространились по всем частям света.
Ученым известно 6 650 видов стрекоз, причем десятая часть из них — ископаемые виды.
Особым уважением стрекозы пользуются у японцев, они считаются символом воинственной отваги. Стрекоз даже приносили в жертву богам, прося победы. Островом Стрекоз, согласно легенде, был назван остров Хонсю. А стрекоза томбо, символизирующая в Японии храбрость, приносит счастье и удачу. Но что парадоксально, японцы считают стрекозу также символом безответственности и ненадежности (помните «попрыгунья-стрекоза»). Ей посвящены множество хокку.
Над ручьем весь день,
Ловит, ловит стрекоза,
Собственную тень. (Тиё )
***
О стрекоза!
С каким же трудом на былинке
ты примостилась! (Мацуо Басё)
В Китае стрекоза ассоциируется с наступлением лета, нестабильностью и слабостью. Эти насекомые – самые чуткие индикаторы окончания сезона дождей, грядущую смену погоды можно прочитать по их поведению.
В Малайзии стрекоза является символом призрачности, у американских индейцев – вихря, быстроты, активности.
В станах запада стрекозу часто ассоциировали с ведьмами. Славянские народы также относились к стрекозам со страхом и предубеждением, считали ее ездовым животным черта.
Вообще, насекомые – традиционный символ краткого человеческого существования на земле, а стрекозы и бабочки – символ спасения души.
Сегодня стрекоза – символ лёгкости, грациозности, легкомыслия и скорости. Иногда, как и бабочка, она олицетворяет бессмертие, возрождение, что применительно и к нашим чувствам – их способности восстанавливаться.
Стрекоза как бы находится в двух мирах. Ее переливающиеся крылья навевают воспоминания о магических временах и помогают осознать, что в этом мире существует только видимая реальность.
Глядя на стрекозу, думается о том, что наша жизнь так же быстротечна, что не следует превращать ее в унылую действительность. ????
Стрекозы — это офигенно красивые создания! Еще они могут научить человека искусству любования природой. которое излечивает душу.
Примечание. В этой статье использованы фотоматериалы из открытых источников в интернете, все права принадлежат их авторам, если вы считаете, что публикация какой-либо фотографии нарушает ваши права, пожалуйста, свяжитесь со мной при помощи формы в разделе контакты, фотография будет немедленно удалена.
Источник
Человеческий глаз способен видеть при освещении в несколько фотонов и при прямом солнечном свете. Он способен фокусироваться всего за треть секунды. Благодаря этому и за счет особенностей строения (о которых речь пойдет дальше) глаз считается одним из самых сложных органов организма. Что это? Результат эволюции или невероятное стечение обстоятельств? Попробуем разобраться в этом.
Эволюция органа зрения глазами Дарвина
Некоторые ученые считали идею эволюции органа зрения крайне абсурдной. Но так ли это на самом деле? Чарльз Дарвин предложил свое объяснение механизма эволюции. Он считал, что если орган зрения непрерывно изменяются, то эти изменения наследуются. А значит, сложнейший орган зрения мог быть создан в таком виде, каким мы его сейчас наблюдаем, путем естественного отбора. Он проанализировал строение органа зрения многих существ, а также показал изменения в структуре глаза — начиная с самых простых и заканчивая сложнейшими организмами.
Эволюция человеческого глаза началась более 500 000 000 лет назад. Именно тогда началось развитие светочувствительного пятна, состоящего из нескольких клеток у простейшего организма. Пятно помогало отличать свет от тьмы. И хотя оно не могло определять расстояние или изображение, но именно с него началось развитие глаза. В пользу эволюции говорит тот факт, что для того, чтобы пятно развивалось и со временем превратилось бы в пятно у планарии (плоского червя) или обычный глаз рыбы, потребовалось бы развитие множества компонентов и систем организма.
Для каждого из компонентов необходимо наличие протеинов (белков), которые выполняли бы особые функции. Эти функции должны закрепляться в ДНК существа. Существование подобных веществ означает, что во взаимодействие и процесс эволюции вовлекается система других протеинов или генов со своей функцией. Без них зрение невозможно.
Эволюция – на пути к совершенству
Человеческий глаз не претендует на совершенство хотя ?
