A legyeknek és a méheknek is öt szeme van. Három egyszerű szemek a fej felső részén (mondhatnánk, a koronán) található, és két összetett, vagy fazettás található a fej oldalain. A legyek, méhek (valamint a lepkék, szitakötők és néhány más rovar) összetett szemeit lelkesen vizsgálják a tudósok. A helyzet az, hogy ezek a látószervek nagyon érdekes módon vannak elrendezve. Több ezer egyedi hatszögből, vagy tudományos értelemben fazettából állnak. Mindegyik oldal egy miniatűr kukucskáló, amely az objektum különálló részének képet ad. Összetett szemekben házi légy Körülbelül 4000 oldal, munkásméhben - 5000, drónban - 8000, pillangóban - akár 17 000, szitakötőben - akár 30 000. Kiderült, hogy a rovarok szemei több ezer képet küldenek az agyukba tárgy részei, amelyek ugyan beleolvadnak a tárgy egészének képébe, de ez a tárgy mégis úgy néz ki, mintha mozaikból készült volna.
Miért van rájuk szükség? összetett szemek? Úgy gondolják, hogy segítségükkel a rovarok eligazodnak repülés közben. Míg az egyszerű szemek a közelben lévő tárgyak vizsgálatára szolgálnak. Tehát, ha egy méh összetett szemét eltávolítják vagy lefedik, úgy viselkedik, mintha vak lenne. Ha az egyszerű szemek le vannak zárva, akkor úgy tűnik, hogy a rovar lassú reakciót mutat.
1,2
-Méh vagy légy összetett (összetett) szeme
3
-egy méh vagy légy három egyszerű szeme
Öt szem lehetővé teszi a rovarok számára, hogy 360 fokot lefedjenek, vagyis látni mindent, ami elöl, mindkét oldalon és hátul történik. Talán ezért is olyan nehéz észrevétlenül közel kerülni egy légyhez. És ha belegondolunk, hogy az összetett szemek sokkal jobban látnak egy mozgó tárgyat, mint egy állót, akkor csak csodálkozhatunk, hogyan tud az ember néha egy legyet lecsapni egy újságpapírral!
Az összetett szemű rovarok azon képességét, hogy a legkisebb mozgást is észlelik, a következő példa tükrözi: ha a méhek és a legyek leülnek az emberekkel filmet nézni, úgy tűnik számukra, hogy a két lábon járó nézők hosszú ideig egy képkockát néznek. mielőtt tovább nézné a következőt. Ahhoz, hogy a rovarok egy filmet nézzenek (és ne az egyes képkockákat, például egy fotót), a projektor filmjét 10-szer gyorsabban kell pörgetni.
Irigyelnünk kell a rovarok szemét? Valószínűleg nem. Például egy légy szeme sokat lát, de nem képes közelről nézni. Ezért fedezik fel az ételt (például egy csepp lekvárt) úgy, hogy átkúsznak az asztalon, és szó szerint beleütköznek. És a méhek látásuk sajátosságai miatt nem különböztetik meg a vörös színt - számukra ez fekete, szürke vagy kék.
Mutasd az összeset
A magasabb rendű rovaroknál a látószervek szerkezetükben nem azonosak. A homlokon vagy rajtuk három egyszerű (középen - , oldalain - oldalsó), oldalt pedig két összetett összetett szem található. Felnőtt rovarokban és rovarokban is megtalálhatók, és a kapott vizuális információ nagy részét továbbítják.
A szem általános szerkezete
A legtöbb rovarnak van szeme, és csak viszonylag kis számú taxonnak nincs szeme. Például egyes primitív fajokban, valamint a vándor Ection hangyákban nincsenek jelen. A legtöbb esetben a szemek két különálló struktúraként jelennek meg, azonban például a szitakötőkben olyan nagyok, hogy egyetlen szerkezetté konvergálnak a szemen.
Az összetett látószervek alakja gyakran megközelíti a kereket, de bizonyos esetekben könnycsepp alakúak (mint egy imádkozó sáska) vagy vese alakúak, mivel van egy bevágásuk, amelyen az antenna „ül” (mint a vastagon). fűzfa Lamia textоr). Egyes esetekben a bevágás olyan éles, hogy elválasztja a felső és alsó rész szemek egymástól, ezért úgy tűnik, hogy a rovarnak nem két, hanem négy szeme van (például a Tetrops praeusta bogár). Néha a szemek alakjának és méretének jellemzőit az egyik vagy másik nemhez való tartozás határozza meg. Így a hímek szeme általában fejlettebb, mint a nőstényeké, ami különösen jól látható a drónok és a munkásméhek példáján. A lólegyeknél a hímeknél középen érintik, a nőstényeknél nem.
Az alsó részen, a fej mellett minden szemet egy bazális vagy szitaszerű membrán határol. Ebben az ommatidiák száma szerint sok lyuk van, amelyeken keresztül a látóideg rostok áthaladnak. Rajtuk keresztül belépnek a szembe, átszúrják és áthaladnak közöttük. A szem helyén meglehetősen mély invaginációt képez, amely a szem kapszuláját vagy szemét alkotja; ez a szem tartószerkezete.
Ommatidium, mint az összetett szem szerkezeti egysége
Keresztirányú méret A szem szerkezeti egységeinek (átmérője) is különbözik, de mindenesetre mikronban mérik. A csótány átmérője 20 mikron, az amerikai csótányé 32 mikron.
Az ommatidia vizuális tengelyeinek megközelítőleg merőlegesnek kell lenniük a felületre, ezért több hely elfoglalják, annál kidülledtebb a rovarok szeme. A szemek erős kitüremkedése azonban nem sokat mond jó látás, mennyit a nagy látómezőről, által legalább, nappali fajokban.
Részletes felépítés Az ommatidia meglehetősen összetett, és egy tipikus appozíciós szem példáján fogunk tárgyalni (a kifejezés magyarázata a következő részben). Az összetett szemek minden egységében három funkcionális szerkezeti komplexum vagy három berendezés található:
- dioptria (törő)
Lencsékből áll, megtöri és irányítja a fényt.
- receptor (érzékelés)
Vizuális információt észlel és továbbít.
- pigment izoláló készülék
Az ommatidium felépítése
Az ommatidium felépítése
1 - szaruhártya, 2 - szaruhártya-sejtek,
3 - kristály kúp, 4 - Semper cella,
5 - retinasejtek, 6 - látórúd,
7 - másodlagos pigmentsejtek,
8 - retina pigmentsejtek,
9 - alapmembrán
Vizuális apparátus ommatidia
Dioptriás készülék
a következő részekből áll (kívülről befelé): (fénykép)Receptor készülék
számos további összetevőt tartalmaz:- Retina sejteket- hosszúkás szerkezetek, amelyek a kristályos kúp alatt helyezkednek el gerenda formájában (5 per (fénykép) ).
- Optikai rúd (rabdom)- hosszúkás képződmény, amely a retinasejtek szekréciós termékeiből áll, és kötegük közepén helyezkedik el. A rhabdom és a retinasejtek egy keresztmetszetben egy „virág” képét alkotják, ahol a rhabdom axiális pozíciót foglal el, lévén a „mag”, és körülötte helyezkednek el a retinasejtek, szirmok formájában (6. (fénykép)).
- Látóidegek - idegek, amelyek információt továbbítanak a központi idegrendszer felé.
Pigmentációs készülékek
Az izoláció 3 formációból áll:- Corneagén (fő pigment) sejtek: ugyanazok, amelyek az objektívet gyártják. Pigmenttel vannak feltöltve, és elkülönítik a lencsét a szomszédos ommatidia szaruhártyájától.
- Véletlen pigmentsejtek- a kristálykúp szintjén különítse el mindegyiket egymástól (7 per (fénykép) ).
- Retina pigmentsejtek- ugyanazt a funkciót látja el, de alacsonyabban, a retinasejtek és a látórúd szintjén (8 (fénykép) ).
Neurosuperpozíciós szem
Az ilyen szemeket az a tény különbözteti meg, hogy bennük a látósejtek egy bizonyos részéből származó idegi jelek összegzése található, amelyekbe a fény egy helyről érkezik. Ez a fajta szem a legyekben található.
Rovarok látása
A szomszédos ommatidiákban a vizuális tengelyek nagyon közel vannak egymáshoz, ami lehetővé teszi a rovarok számára, hogy jobban meg tudják különböztetni az egymáshoz közeli pontokat. Ennek eredményeként látásélességük körülbelül 3-szor magasabb, mint az embereké. Ugyanakkor, ahogy a tárgy eltávolodik a szemtől, a látás romlik; Így a rovarok emberi mércével mérve, rövidlátó.
Az összetett szemek másik előnye, hogy a sok ommatidia lehetővé teszi számukra a villogó és gyorsan mozgó tárgyak jobb követését. Számunkra folyamatos kép a képernyőn akkor jön létre, amikor a film másodpercenként 16 képkocka sebességgel mozog, rovaroknál pedig 250-300 képkocka sebességgel. Ez előnyt jelent számukra a sebesség terén.
A rovarok érzékelik a fény polarizációját. Nemcsak minden tárgyat háromdimenziósnak látnak, hanem megkülönböztetik a hozzáférhetetlen színek finom árnyalatait és árnyalatait. az emberi szem számára. A legtöbb rovarnak csak a barlangokban élő primitív formái vannak, a nagy lisztféreg és a termeszek fekete-fehér látással rendelkeznek. A repülő növényevő fajok ultraibolya spektrumban való érzékelésre „hangolt” fénydetektorral rendelkeznek, aminek köszönhetően jobban megkülönböztetik a virágok kelyheit a levegőtől.
Svájci tudósoknak sikerült reprodukálniuk a légyszemet, az úgynevezett mesterséges összetett szemet.
Az összetett szemek, amelyek sok keskeny fényérzékeny kúpból állnak, az úgynevezett ommatidiák a rovarok és rákfélék jellemzői.
Az ilyen szemeknek számos előnye és hátránya van az emberi szemhez képest. A légy szeme kisebb felbontású, mint a gerinceseké, vagyis az ezzel a szemmel készített kép nem lesz tiszta. És az előnyök között - kevésbé tehetetlenek (egyes rovarok akár 300 Hz-es villogást is képesek érzékelni), nem igényelnek fókuszt, és nemcsak a színt, hanem a fény polarizációjának irányát is megkülönböztetik. Dióhéjban a kép gyors, változatos, gazdag, de nem tiszta. Az Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) tudóscsoportja létrehozta a mesterséges összetett szem prototípusát, amely kihasználja ezt a tervezést.
A kamera olyan, mint egy légyszem (összetett szem)
A mesterséges szem, amelyet a tudósok CurvACE-nek (CURVed Artificial Compound Eyes) neveztek el, 630 „ommatidból” áll, amelyek mindegyike fényérzékeny elem és egy mikrolencse, amely keskeny fénysugarat fókuszál rá. A szem látószöge függőlegesen 60 fok, vízszintesen 180 fok. A különböző ommatidiák függőleges látószögét a mikrolencsék alakja, a vízszintes szöget pedig annak a szubsztrátnak a hajlása határozza meg, amelyen a szem található. Ezt a formát a gyártási technológia szabja meg - egy tömör kristályon fényérzékeny elemeket alakítanak ki, amelyeket azután keskeny csíkokra vágnak.
A kamera olyan, mint egy légyszem (összetett szem) A szem térfogata mindössze 2,2 köbcentiméter, súlya pedig 1,75 gramm. Nál nél ipari termelés modern szinten technológia legalább felére csökkenti a méretét. A szem fő célja a robotok vizuális navigációs rendszere. A szemnek van nagy érzékenységés dinamikus tartomány - minden ommatidia egyénileg alkalmazkodik a megvilágítás szintjéhez. Az ilyen szemet nem vakíthatja el a nap csillogása. A nagy sebességgel (a prototípus másodpercenként akár 1500 képkocka készítésére is képes), kis méretével, a látómező szélein tapasztalható torzítás hiányával és a viszonylag könnyen körkörös vagy akár gömb alakú nézet elérésével kombinálva ideális eszköz a robot térbeli helyzetének meghatározására, akadályok észlelésére és az ütközések elkerülésére. Valószínűleg látni fogjuk az első példákat ilyen kamerákra önvezető autókon és különféle robotokon.
A CurvACE jellemzői nagyjából megfelelnek a Drosophila gyümölcslégy szemének. Akárcsak egy rovarszem, amely tartalmaz ganglion, véghezvitel elsődleges feldolgozás A CurvACE tartalmaz egy mikrovezérlőt, amely optikai áramlási algoritmusok segítségével dolgozza fel az érzékelőktől érkező jeleket, valamint egy gyorsulásmérőt és giroszkópot.
A tényleges elektronikus töltet teszi ki a szem tömegének és térfogatának nagy részét – a mikrolencsékkel ellátott CMOS érzékelők sora maga 1 mm vastag és 0,36 gramm tömegű. Az a képesség, hogy a facet kamera bármilyen formát adjon, és a nagy lencsék hiánya számos lehetőséget nyit meg: az ilyen „szemek” beépíthetők a szobák falába, a ruházatba vagy a bútorokba az intelligens otthonokban vagy a videó megfigyelő rendszerekben. Az ommatidia kombinálása különböző típusok Egy érzékelőben létrehozhat egy kamerát, amely egyszerre lát különböző tartományokban. A mindent látó szem egyfajta prototípusa, új szerencsétlenség a paranoiások számára és csodalelet a titkosszolgálatok számára.
A látás fejlődése során egyes állatok meglehetősen bonyolulttá fejlődnek optikai műszerek. Természetesen ezek közé tartoznak az összetett szemek is. Rovarokban és rákfélékben, néhány ízeltlábúban és gerinctelenben alakultak ki. Miben különbözik az összetett szem az egyszerű szemtől, mik a fő funkciói? Mai anyagunkban erről fogunk beszélni.
Összevont szemek
Ez optikai rendszer, raszter, ahol nincs egyetlen retina. És az összes receptor kis retinulumokká (csoportokká) egyesül, és egy konvex réteget képez, amely nem tartalmaz többet idegvégződések. Így a szem számos egyedi egységből áll - ommatidiából, amelyek egyesülnek közös rendszer látomás.
A bennük rejlő összetett szemek abban különböznek a binokuláris szemektől (az emberben is), hogy az apró részleteket rosszul határozzák meg. De képesek megkülönböztetni a fényingadozásokat (300 Hz-ig), míg az emberek számára a maximális képességek 50 Hz. És az ilyen típusú szem membránja csőszerű szerkezetű. Ennek fényében a facet szemek nem rendelkeznek olyan fénytörési jellemzőkkel, mint a távollátás vagy a rövidlátás, az akkomodáció fogalma nem alkalmazható rájuk.
Néhány szerkezeti és látási jellemző
Sok rovarnál a fej nagy részét elfoglalják, és gyakorlatilag mozdulatlanok. Például a szitakötők összetett szemei 30 000 részecskéből állnak, és összetett szerkezetet alkotnak. A pillangóknak 17 000 ommatidia van, a legyeknek 4 ezer, a méheknek 5. A legkisebb mennyiség Egy munkás hangyában 100 részecske van.
Távcső vagy fazetta?
Az első típusú látás lehetővé teszi a tárgyak térfogatának, apró részleteik érzékelését, a tárgyak távolságának és egymáshoz viszonyított elhelyezkedésének becslését. Az emberek azonban 45 fokos szögre korlátozódnak. Ha teljesebb felülvizsgálatra van szükség, szemgolyó reflexszintű mozgást végez (vagy a fejünket a tengely körül fordítjuk). Az összetett szemek félgömbök formájában ommatidiával lehetővé teszik a látást körülvevő valóság minden oldalról, anélkül, hogy elfordítaná a szemét vagy a fejét. Ráadásul a kép, amit a szem közvetít, nagyon hasonlít egy mozaikhoz: egy szerkezeti egység a szemek külön elemet észlelnek, és együtt felelősek a teljes kép újraalkotásáért.
Fajták
Az Ommatidia rendelkezik anatómiai jellemzők, aminek következtében optikai tulajdonságaik különböznek (például a különböző rovarok között). A tudósok háromféle aspektust határoznak meg:
By the way, bizonyos típusú rovarok vegyes típusú látószervek, és sok, az általunk vizsgált szemek mellett egyszerű szeme is van. Tehát például egy légyben a fej oldalain páros fazettaszervek találhatók nagy méretek. És a koronán három egyszerű szem található, amelyek kiegészítő funkciókat látnak el. A méhnek ugyanaz a látószervek felépítése - vagyis csak öt szeme!
Egyes rákféléknél az összetett szemek mozgatható száron ülnek.
Néhány kétéltűnek és halnak van egy további (parietális) szeme is, amely megkülönbözteti a fényt, de rendelkezik tárgylátással. Retinája csak sejtekből és receptorokból áll.
A modern tudományos fejlemények
BAN BEN Utóbbi időben Az összetett szemek tanulmányozás tárgyát képezik, és örömet okoznak a tudósoknak. Hiszen az ilyen látószervek eredeti szerkezetüknél fogva tudományos találmányok és kutatások alapját adják a modern optika világában. Fő előnyei - széles kilátás tér, elsősorban miniatűr, kompakt, titkos megfigyelőrendszerekben használt mesterséges aspektusok fejlesztése.
Nagy nagyításnál a rovar szeme úgy néz ki, mint egy finom rács.Ennek az az oka, hogy a rovar szeme sok kis "szemből" áll, amelyeket lapoknak neveznek. A rovarok szemeit összetett szemeknek nevezzük. Az apró szemfelületet ommatidiumnak nevezik. Az ommatidium egy hosszú, keskeny kúpnak tűnik, amelynek alapja egy hatszög alakú lencse. Innen ered az összetett szem neve: a facette franciául „élt” jelent.
Egy ommatidia köteg alkotja az összetett, kerek, rovarszemet.
Minden ommatidia nagyon korlátozott látómezővel rendelkezik: az ommatidia látószöge a szem központi részében csak körülbelül 1 °, a szem szélein pedig legfeljebb 3 °. Az ommatidium a tárgynak csak azt az apró szakaszát „látja” a szeme előtt, amelyre „irányul”, vagyis ahová a tengelyének meghosszabbítása irányul. De mivel az ommatidiumok szorosan szomszédosak egymással, és a kerek szem tengelyei sugárirányban eltérnek egymástól, az egész összetett szem a tárgy egészét lefedi. Ráadásul a tárgy képe mozaiknak bizonyul, vagyis különálló darabokból áll.
Az ommatidiák száma a szemben rovaronként változó. Egy munkáshangya szemében csak körülbelül 100 ommatidia van, egy házilégynek körülbelül 4000, egy munkásméhnek 5000, a lepkéknek legfeljebb 17 000, a szitakötőknek pedig 30 000! Így a hangya látása nagyon közepes, míg a szitakötő hatalmas szemei - két irizáló félteke - biztosítják a maximális látóteret.
Tekintettel arra, hogy az ommatidia optikai tengelyei 1-6°-os szögben eltérnek egymástól, a rovarok képének tisztasága nem túl magas: nem különböztetik meg az apró részleteket. Ráadásul a legtöbb rovar rövidlátó: mindössze néhány méter távolságból látja a környező tárgyakat. De az összetett szemek kiválóan képesek megkülönböztetni a villogó (villogó) fényt, amelynek frekvenciája 250–300 hertz (embereknél a határfrekvencia körülbelül 50 Hz). A rovarok szeme képes meghatározni a fényáram intenzitását (fényerősségét), és emellett egyedülálló képesség: képes meghatározni a fény polarizációs síkját. Ez a képesség segít nekik navigálni, amikor a nap nem látszik az égen*.
A rovarok megkülönböztetik a színeket, de egyáltalán nem úgy, mint mi. Például a méhek „nem ismerik” a vörös színt, és nem különböztetik meg a feketétől, de érzékelik a számunkra láthatatlan ultraibolya sugarakat, amelyek a spektrum ellenkező végén helyezkednek el. Az ultraibolya sugárzást egyes lepkék, hangyák és más rovarok is érzékelik. Egyébként a beporzó rovarok vörös színtől való vaksága magyarázza azt a különös tényt, hogy vadon élő növényvilágunk között nincs skarlátvörös virágú növény.
*A Napból érkező fény nem polarizált, azaz fotonjai tetszőleges orientációjúak. A légkörön áthaladva azonban a fény a levegőmolekulák általi szórása következtében polarizálódik, és polarizációs síkja mindig a nap felé irányul.
Az összetett szemeken kívül a rovaroknak még három egyszerű, 0,03-0,5 mm átmérőjű szemcse van, amelyek háromszög formájában helyezkednek el a fej fronto-parietális felületén. Ezek a szemek nem alkalmasak tárgyak megkülönböztetésére, és teljesen más célra van szükségük. Mérik az átlagos megvilágítási szintet, amelyet referenciapontként („nulla jel”) használnak a vizuális jelek feldolgozásakor. Ha lezárja egy rovar szemét, az megtartja a térbeli tájékozódási képességét, de csak a szokásosnál erősebb fényben lesz képes repülni. Ennek az az oka, hogy a lezárt szemeket összetévesztik a " átlagos szint» fekete mező és ezáltal szélesebb megvilágítási tartományt biztosítanak az összetett szemeknek, ami ennek megfelelően csökkenti az érzékenységüket.
