Comment voit une mouche ? Apprenez-en davantage sur ce problème. À quoi ressemble le monde à travers les yeux d’une mouche ordinaire ? Yeux composés de superposition optique

Les mouches et les abeilles ont cinq yeux. Trois yeux simples situés dans la partie supérieure de la tête (on pourrait dire, sur la couronne), et deux complexes, ou facettes, sont situés sur les côtés de la tête. Les yeux composés des mouches, des abeilles (ainsi que des papillons, des libellules et de quelques autres insectes) font l'objet d'études enthousiastes de la part des scientifiques. Le fait est que ces organes de vision sont disposés de manière très intéressante. Ils sont constitués de milliers d’hexagones individuels ou, en termes scientifiques, de facettes. Chacune des facettes est un judas miniature qui donne une image d'une partie distincte de l'objet. Dans des yeux complexes mouche domestique environ 4 000 facettes, chez une abeille ouvrière - 5 000, chez un drone - 8 000, chez un papillon - jusqu'à 17 000, chez une libellule - jusqu'à 30 000. Il s'avère que les yeux des insectes envoient à leur cerveau plusieurs milliers d'images d'individus. parties d'un objet qui, bien qu'elles se fondent dans l'image de l'objet dans son ensemble, cet objet semble néanmoins être constitué d'une mosaïque.

Pourquoi sont-ils nécessaires ? Yeux composés? On pense qu'avec leur aide, les insectes s'orientent en vol. Alors que les yeux simples sont conçus pour regarder les objets qui se trouvent à proximité. Ainsi, si les yeux composés d’une abeille sont retirés ou recouverts, elle se comporte comme si elle était aveugle. Si les yeux simples sont fermés, il semble que l’insecte réagisse lentement.

1,2 -Yeux composés (composés) d'une abeille ou d'une mouche
3 -trois yeux simples d'une abeille ou d'une mouche

Cinq yeux permettent aux insectes de couvrir 360 degrés, c'est-à-dire voir tout ce qui se passe devant, des deux côtés et derrière. C’est peut-être pour cela qu’il est si difficile de s’approcher d’une mouche sans se faire remarquer. Et si l'on considère que les yeux composés voient bien mieux un objet en mouvement qu'un objet fixe, alors on ne peut que se demander comment une personne parvient parfois à écraser une mouche avec un journal !

La capacité des insectes aux yeux composés à détecter le moindre mouvement se reflète dans l'exemple suivant : si des abeilles et des mouches s'assoient avec des gens pour regarder un film, il leur semblera que les spectateurs bipèdes regardent une image pendant longtemps avant de passer au suivant. Pour que les insectes puissent regarder un film (et non des images individuelles, comme une photo), le film du projecteur doit tourner 10 fois plus vite.

Faut-il envier les yeux des insectes ? Probablement pas. Par exemple, les yeux d’une mouche voient beaucoup, mais ne sont pas capables de regarder de près. C'est pourquoi ils découvrent de la nourriture (une goutte de confiture par exemple) en rampant sur la table et en se cognant littéralement dessus. Et les abeilles, en raison des particularités de leur vision, ne distinguent pas la couleur rouge - pour elles, elle est noire, grise ou bleue.

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Chez les insectes supérieurs, les organes de vision ne sont pas de structure identique. Sur le front ou sur eux, il y en a trois simples (au milieu - , sur les côtés - latéraux), et sur les côtés il y a deux yeux composés complexes. On les retrouve chez les insectes adultes, ainsi que chez les insectes, et transmettent la plupart des informations visuelles reçues.

Structure générale des yeux

La plupart des insectes ont des yeux, et seul un nombre relativement restreint de taxons n’en ont pas. Par exemple, elles ne sont pas présentes chez certaines espèces primitives, ainsi que chez les fourmis errantes d'Ection. Dans la plupart des cas, les yeux sont présentés comme deux structures distinctes. Toutefois, par exemple, chez les libellules, ils sont si grands qu'ils convergent en une seule structure sur l'œil.

La forme des organes complexes de la vision est souvent proche de l'arrondi, mais dans certains cas, ils sont en forme de larme (comme une mante religieuse) ou de rein, car ils présentent une encoche sur laquelle « repose » l'antenne (comme l'épaisse saule Lamia textоr). Dans certains cas, l'entaille est si nette qu'elle sépare le haut et le partie inférieure les yeux les uns des autres, c'est pourquoi il semble que l'insecte ait non pas deux, mais quatre yeux (par exemple, le coléoptère Tetrops praeusta). Parfois, les caractéristiques de la forme et de la taille des yeux sont déterminées par l'appartenance à un sexe ou à un autre. Ainsi, les mâles ont généralement des yeux plus développés que les femelles, ce qui est particulièrement évident dans l’exemple des faux-bourdons et des ouvrières. Chez les taons, ils se touchent au milieu chez les mâles et ne se touchent pas chez les femelles.

Dans la partie inférieure, adjacente à la tête, chaque œil est limité par une membrane basale ou en forme de tamis. Dans celui-ci, selon le nombre d'ommatidies, il y a de nombreux trous à travers lesquels passent les fibres du nerf optique. À travers eux, ils pénètrent dans l’œil, le transpercent et passent entre les deux. A la place de l'œil, elle forme une invagination assez profonde, formant la capsule oculaire, ou oculaire ; c'est la structure de soutien de l'œil.

Ommatidium en tant qu'unité structurelle de l'œil composé

Taille transversale(diamètre) des unités structurelles de l'œil diffère également, mais dans tous les cas, il est mesuré en microns. Le diamètre de la blatte est de 20 microns et celui de la blatte américaine est de 32 microns.

Les axes visuels des ommatidies doivent donc être approximativement perpendiculaires à la surface. plus d'espace ils occupent, plus les yeux des insectes sont exorbités. Cependant, la forte saillie des yeux ne parle pas tellement de bonne vue, que diriez-vous d'un grand champ de vision, par au moins, chez les espèces diurnes.

Structure détaillée Les ommatidies sont assez complexes et seront discutées en utilisant l’exemple d’un œil appositionnel typique (explication de ce terme dans la section suivante). Dans la structure de chaque unité d'yeux composés, il existe trois complexes fonctionnels de structures, ou trois appareils :

• dioptrique (réfractif)

Se compose de lentilles, réfracte et dirige la lumière.

• récepteur (percevoir)

Perçoit et transmet des informations visuelles.

• appareil d'isolation des pigments

Structure de l'ommatidium

Structure de l'ommatidium

1 - cornée, 2 - cellules cornéennes,

3 - cône de cristal, 4 - cellules Semper,

5 - cellules rétiniennes, 6 - bâtonnet optique,

7 - cellules pigmentaires secondaires,

8 - cellules pigmentaires rétiniennes,

9 - membrane basale

Ommatidies de l'appareil visuel

Appareil dioptrique

Appareil récepteur

• Rétinien cellules- structures allongées situées sous le cône cristallin en forme de faisceau (5 par (photo) ).
• Tige optique (rhabdom)- une formation oblongue constituée de produits de sécrétion des cellules rétiniennes et située au centre de leur faisceau. En coupe transversale, la rhabdome et les cellules rétiniennes forment une image de « fleur », où la rhabdome occupe une position axiale, étant le « noyau », et les cellules rétiniennes sont situées autour d'elle, comme des pétales (6 sur (photo)).
• Nerfs optiques - les nerfs qui transmettent les informations au système nerveux central.

Appareil de pigmentation

• Cellules cornéennes (pigment principal): les mêmes qui produisent la lentille. Ils sont remplis de pigment et isolent le cristallin des cornées des ommatidies voisines.
• Cellules pigmentaires accidentelles- isoler les uns des autres au niveau du cône cristallin (7 par (photo) ).
• Cellules pigmentaires rétiniennes- assurent la même fonction, mais plus faible, au niveau des cellules rétiniennes et du bâtonnet optique (8 sur (photo) ).

Oeil de neurosuperposition

De tels yeux se distinguent par le fait qu'ils contiennent une somme de signaux nerveux provenant d'une certaine partie des cellules visuelles, dont la lumière provient d'un seul endroit. Ce type d’œil se retrouve chez les mouches.

Vision des insectes

Dans les ommatidies voisines, les axes visuels sont très proches les uns des autres, ce qui donne aux insectes la capacité de mieux distinguer les points proches les uns des autres. De ce fait, leur acuité visuelle est environ 3 fois supérieure à celle des humains. Dans le même temps, à mesure que l’objet s’éloigne de l’œil, la vision se détériore ; Ainsi, les insectes selon les normes humaines, myope.

Un autre avantage des yeux composés est que de nombreuses ommatidies leur permettent de mieux suivre les objets scintillants et en mouvement rapide. Pour nous, une image continue sur l'écran se forme lorsque le film se déplace à 16 images par seconde, et pour les insectes - à 250-300. Cela leur donne un avantage en termes de vitesse.

Les insectes peuvent percevoir la polarisation de la lumière. Non seulement ils voient tous les objets en trois dimensions, mais ils distinguent des nuances subtiles et des teintes de couleurs inaccessibles. à l'oeil humain. La plupart des insectes ont une vision des couleurs ; seules les formes primitives vivant dans les grottes, le grand ver de farine et les termites ont une vision en noir et blanc. Les espèces herbivores volantes disposent d'un détecteur de lumière « réglé » pour percevoir dans le spectre ultraviolet, grâce auquel elles distinguent mieux les calices des fleurs depuis l'air.

Des scientifiques suisses ont réussi à reproduire l'œil d'une mouche, appelé œil composé artificiel.
Les yeux composés, constitués de nombreux cônes étroits sensibles à la lumière appelés ommatidies, sont caractéristiques des insectes et des crustacés.

Ces yeux présentent un certain nombre d’avantages et d’inconvénients par rapport aux yeux humains. L'œil d'une mouche a une résolution inférieure à celle des yeux des vertébrés, c'est-à-dire que l'image capturée par cet œil ne sera pas claire. Et parmi les avantages, ils sont moins inertiels (certains insectes sont capables de percevoir un scintillement avec une fréquence allant jusqu'à 300 Hz), ne nécessitent pas de mise au point et peuvent distinguer non seulement la couleur, mais également la direction de polarisation de la lumière. En un mot, le tableau est rapide, varié, riche, mais pas clair. Une équipe de scientifiques de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) a créé un prototype d'œil composé artificiel qui tire parti de cette conception.

La caméra est comme un œil de mouche (œil composé)

L’œil artificiel, que les scientifiques ont appelé CurvACE (CURVed Artificial Compound Eyes), se compose de 630 « ommatides », dont chacune est un élément sensible à la lumière et une microlentille qui concentre un étroit faisceau de lumière sur lui. L’œil a un angle de vision de 60 degrés dans le plan vertical et de 180 degrés dans le plan horizontal. Les angles de vision verticaux des différentes ommatidies sont déterminés par la forme des microlentilles, et l'angle horizontal est déterminé par la courbure du substrat sur lequel se trouve l'œil. Cette forme est dictée par la technologie de fabrication : les éléments photosensibles sont formés sur un cristal solide, qui est ensuite découpé en bandes étroites.

L'œil a un volume de seulement 2,2 centimètres cubes et pèse 1,75 gramme. À production industrielle niveau moderne la technologie réduira sa taille d’au moins la moitié. L’objectif principal de l’œil est de servir de système de navigation visuelle pour les robots. L'oeil a haute sensibilité et plage dynamique - chaque ommatidia peut s'adapter individuellement au niveau d'éclairage. Un tel œil ne peut pas être aveuglé par l’éclat du soleil. Combiné avec une vitesse élevée (le prototype peut produire jusqu'à 1 500 images par seconde), une petite taille, l'absence de distorsion aux bords du champ de vision et la capacité d'obtenir relativement facilement une vision panoramique, voire sphérique, cela en fait un outil idéal pour déterminer la position du robot dans l'espace, détecter les obstacles et éviter les collisions. Nous verrons probablement les premiers exemples de telles caméras sur des voitures autonomes et divers robots.

Les caractéristiques de CurvACE correspondent à peu près à l'œil de la mouche des fruits drosophile. Tout comme l'œil d'un insecte, qui contient ganglion, réalisant première transformation images, CurvACE comprend un microcontrôleur qui traite le signal des capteurs à l'aide d'algorithmes de flux optique, ainsi qu'un accéléromètre et un gyroscope.

Le remplissage électronique proprement dit représente la majeure partie de la masse et du volume de l'œil - le réseau de capteurs CMOS avec microlentilles lui-même mesure 1 mm d'épaisseur et pèse 0,36 gramme. La possibilité de donner n'importe quelle forme à la caméra à facettes et l'absence de grands objectifs ouvrent de nombreuses possibilités : de tels « yeux » peuvent être intégrés aux murs des pièces, des vêtements ou des meubles pour être utilisés dans des systèmes de maison intelligente ou de vidéosurveillance. Combiner les ommatidies différents types Dans un seul capteur, vous pouvez créer une caméra qui verra simultanément dans différentes plages. Une sorte de prototype de l’œil qui voit tout, un nouveau malheur pour les paranoïaques et une trouvaille miraculeuse pour les services de renseignement.

Au cours de l'évolution de la vision, certains animaux développent des instruments optiques. Ceux-ci incluent bien sûr les yeux composés. Ils se sont formés chez les insectes et les crustacés, certains arthropodes et invertébrés. En quoi un œil composé diffère-t-il d’un œil simple, quelles sont ses principales fonctions ? Nous en parlerons dans notre matériel d'aujourd'hui.

Yeux composés

Ce Système optique, raster, où il n'y a pas de rétine unique. Et tous les récepteurs sont regroupés en petits rétinules (groupes), formant une couche convexe qui ne contient plus terminaisons nerveuses. Ainsi, l'œil est constitué de nombreuses unités individuelles - les ommatidies, réunies en système commun vision.

Les yeux composés, qui leur sont inhérents, diffèrent des yeux binoculaires (inhérents également à l'homme) par leur mauvaise définition des petits détails. Mais ils sont capables de distinguer les fluctuations lumineuses (jusqu'à 300 Hz), alors que pour les humains, les capacités maximales sont de 50 Hz. Et la membrane de ce type d’œil a une structure tubulaire. Compte tenu de cela, les yeux à facettes n'ont pas de caractéristiques réfractives telles que l'hypermétropie ou la myopie ; le concept d'accommodation ne leur est pas applicable ;

Quelques caractéristiques structurelles et visuelles

Chez de nombreux insectes, ils occupent la majeure partie de la tête et sont pratiquement immobiles. Par exemple, les yeux composés d’une libellule sont constitués de 30 000 particules formant une structure complexe. Les papillons ont 17 000 ommatidies, les mouches 4 000 et les abeilles 5. La plus petite quantité Il y a 100 particules dans une fourmi ouvrière.

Jumelles ou facettes ?

Le premier type de vision permet de percevoir le volume des objets, leurs petits détails, d'estimer la distance aux objets et leur localisation les uns par rapport aux autres. Cependant, les humains sont limités à un angle de 45 degrés. Si un examen plus complet est nécessaire, globe oculaire effectue un mouvement au niveau réflexe (ou on tourne la tête autour de l'axe). Les yeux composés en forme d'hémisphères avec des ommatidies permettent de voir réalité environnante de tous les côtés, sans tourner les yeux ni la tête. De plus, l'image que véhicule l'œil s'apparente beaucoup à une mosaïque : une unité structurelle les yeux perçoivent un élément distinct et, ensemble, ils sont chargés de recréer l’image complète.

Variétés

Les Ommatidies ont caractéristiques anatomiques, de sorte que leurs propriétés optiques diffèrent (par exemple, selon les insectes). Les scientifiques définissent trois types de facettes :

À propos, certains types d'insectes ont type mixte les organes de la vision à facettes, et beaucoup, en plus de ceux que nous considérons, ont également des yeux simples. Ainsi, chez une mouche, par exemple, sur les côtés de la tête se trouvent des organes à facettes appariés situés assez grandes tailles. Et sur la couronne se trouvent trois yeux simples qui remplissent des fonctions auxiliaires. L'abeille a la même organisation d'organes visuels, c'est-à-dire seulement cinq yeux !

Chez certains crustacés, les yeux composés semblent reposer sur des tiges mobiles.

Et certains amphibiens et poissons ont également un œil supplémentaire (pariétal), qui distingue la lumière, mais possède une vision des objets. Sa rétine est constituée uniquement de cellules et de récepteurs.

Développements scientifiques modernes

DANS Dernièrement Les yeux composés sont un sujet d'étude et de plaisir pour les scientifiques. Après tout, ces organes de vision, en raison de leur structure originale, constituent la base des inventions scientifiques et de la recherche dans le monde de l’optique moderne. Principaux avantages - grand angle de vue l'espace, développement de facettes artificielles utilisées principalement dans les systèmes de surveillance miniatures, compacts et secrets.