Как видит муха? Подробно о данном вопросе. Как выглядит мир глазами обыкновенной мухи? Оптикосуперпозиционные фасеточные глаза

И у мух, и у пчел по пять глаз. Три простых глаза расположены в верхней части головы (можно сказать, на темени), а два сложных, или фасеточных - по бокам головы. Сложные глаза мух, пчел (а также бабочек, стрекоз и некоторых других насекомых) - предмет восторженного изучения ученых. Дело в том, что эти органы зрения устроены очень интересно. Они состоят из тысяч отдельных шестиугольников, или, говоря научным языком, фасеток. Каждая из фасеток — это миниатюрный глазок, который дает изображение отдельной части предмета. В сложных глазах комнатной мухи примерно 4000 фасеток, у рабочей пчелы - 5000, у трутня - 8000, у бабочки - до 17 000, у стрекозы - до 30 000. Получается, что глаза насекомых посылают в их мозг несколько тысяч изображений отдельных частей предмета, которые хотя и сливаются в изображение предмета в целом, но все же этот предмет выглядит как бы сложенным из мозаики.

Зачем нужны фасеточные глаза? Считается, что с их помощью насекомые ориентируются в полете. В то время как простые глаза предназначены для рассматривания предметов, находящихся вблизи. Так, если пчеле удалить или заклеить сложные глаза, то она ведет себя как слепая. Если же заклеиваются простые глаза, то кажется, что у насекомого замедленная реакция.

1,2 - Фасеточные (сложные) глаза пчелы или мухи
3 - три простых глаза пчелы или мухи

Пять глаз позволяют насекомым охватывать 360 градусов , то есть видеть все, что происходит спереди, с обоих боков и сзади. Может быть, поэтому к мухе так сложно подобраться незамеченным. А если учесть, что сложные глаза гораздо лучше видят движущийся предмет, чем неподвижный, то остается только удивляться, как у человека иногда все же получается прихлопнуть муху газетой!

Особенность насекомых с фасеточными глазами улавливать даже малейшее движение отображена в следующем примере: если пчелы и мухи усядутся вместе с людьми смотреть кинофильм, то им будет казаться, что двуногие зрители подолгу рассматривают один кадр, прежде чем перейти к рассматриванию следующего. Чтобы насекомые могли смотреть кино (а не отдельные кадры, наподобие фото), то пленку проектора нужно крутить в 10 раз быстрее.

Стоит ли завидовать глазам насекомых? Наверное, нет. К примеру, глаза мухи видят многое, но не способны к пристальному разглядыванию. Вот почему они обнаруживают пищу (каплю варенья, например), ползая по столу и буквально на нее натыкаясь. А пчелы из-за особенностей своего зрения не различают красный цвет - для них он черный, серый или синий.

Показать все

У высших насекомых органы зрения не одинаковы по своему строению. На лбу или у них находятся три простых (в середине - , по бокам от него - латеральные), а по бокам располагаются два сложных фасеточных глаза. Они встречаются у взрослых насекомых, а также у с , и передают в большую часть получаемой визуальной информации.

Общее строение глаз

Глаза есть у большинства насекомых, и лишь относительно небольшое количество таксонов ими не обладают. К примеру, их нет у некоторых примитивных видов, а также у странствующих муравьев Ection. В большинстве случаев глаза представлены в виде двух отдельных образований, однако, например, у стрекоз они настолько велики, что сходятся в единую структуру на .

По форме сложные органы зрения чаще близки к округлым, однако в ряде случаев они каплевидные (как у богомола) или почковидные, так как имеют вырезку, на которой «сидит» антенна (как у ивового толстяка Lamia textоr). В некоторых случаях вырезка настолько резкая, что отделяет верхнюю и нижнюю часть глаза друг от друга, из-за чего кажется, что глаз у насекомого не два, а четыре (пример - жук Tetrops praeusta). Иногда особенности формы и размера глаз определяются принадлежностью к тому или иному полу. Так, самцы обычно имеют более развитые глаза, нежели самки, что особенно видно на примере трутней и рабочих пчел. У слепней они соприкасаются в середине у самцов и не соприкасаются у самок.

В нижней части, прилежащей к голове, каждый глаз ограничен базальной, или ситовидной мембраной. В ней, согласно количеству омматидиев, имеется множество отверстий, через которые проходят зрительные нервные волокна. Через них же в глаз входят , пронизывающие его и проходящие между . На месте глаза образует довольно глубокое впячивание, образуя глазную капсулу, или глазной ; он является опорной структурой глаза.

Омматидий как структурная единица сложного глаза

Поперечный размер (диаметр) структурных единиц глаза также отличается, однако он, в любом случае, измеряется в микронах. майского жука по диаметру равны 20 микрон, американского таракана - 32 микрона.

Зрительные оси омматидиев должны быть примерно перпендикулярны поверхности , поэтому, чем большее пространство они занимают, тем более выпуклы глаза насекомых. Однако сильная выпуклость глаз говорит не столько о хорошем зрении, сколько о большом поле обзора, по крайней мере, у дневных видов.

Подробное строение омматидиев довольно сложно и будет рассмотрено на примере типичного аппозиционного глаза (объяснение данного термина в следующем разделе). В структуре каждой единицы фасеточных глаз находится три функциональных комплекса структур, или три аппарата:

• диоптрический (преломляющий)

Состоит из линз, преломляет и направляет свет.

• рецепторный (воспринимающий)

Воспринимает и передает зрительную информацию.

• аппарат пигментной изоляции

Строение омматидия

Строение омматидия

1 - роговица, 2 - корнеагенные клетки,

3 - кристаллический конус, 4 - клетки Земпера,

5 - ретинальные клетки, 6 - зрительная палочка,

7 - побочные пигментные клетки,

8 - ретинальные пигментные клетки,

9 - базальная мембрана

Зрительные аппараты омматидия

Диоптрический аппарат

Рецепторный аппарат

• Ретинальные клетки - вытянутые структуры, которые располагаются ниже кристаллического конуса в виде пучка (5 на (фото) ).
• Зрительная палочка (рабдом) - продолговатое образование, состоящее из продуктов секреции ретинальных клеток и находящееся в центре их пучка. В поперечном срезе рабдом и ретинальные клетки формируют картину «цветка», где рабдом занимает осевое положение, являясь «сердцевинкой», а ретинальные клетки расположены вокруг него, подобно лепесткам (6 на (фото) ).
• Зрительные нервы - нервы, передающие информацию в центральную нервную систему.

Аппарат пигментной

• Корнеагенные (главные пигментные) клетки : те же самые, которые вырабатывают хрусталика. Они заполняются пигментом и изолируют хрусталик от роговиц соседних омматидиев.
• Побочные пигментные клетки - изолируют каждый от других на уровне хрустального конуса (7 на (фото) ).
• Ретинальные пигментные клетки - выполняют ту же функцию, но ниже, на уровне расположения ретинальных клеток и зрительной палочки (8 на (фото) ).

Нейросуперпозиционный глаз

Такие глаза отличаются тем, что в них происходит суммирование нервных сигналов от некоторой части зрительных клеток, свет в которые приходит из одного места. Такой тип глаза имеется у мух.

Зрение насекомых

У соседних омматидиев зрительные оси сильно сближены между собой, что дает насекомым способность лучше различать точки, находящиеся близко друг к другу. В результате, острота их зрения примерно в 3 раза выше, чем у человека. Вместе с тем, при удалении объекта от глаза зрение ухудшается; таким образом, насекомые, по человеческим меркам, близоруки.

Еще одно преимущество фасеточных глаз состоит в том, что множество омматидиев позволяет лучше следить за мелькающими и быстро перемещающимися объектами. Для нас слитное изображение на экране формируется при движении пленки 16 кадров в секунду, а для насекомых - при 250-300. Это создает им преимущество при быстром .

Насекомые могут воспринимать поляризацию света. Мало того, что они видят все объекты объемными, они различают тонкие оттенки и переливы цветов, недоступные человеческому глазу. У большинства насекомых зрение цветное, черно-белое имеется лишь у примитивных форм, обитающих в пещерах, у большого мучного хрущака и термитов. У летающих растительноядных видов них есть светоприемник, «настроенный» на восприятие в ультрафиолетовом спектре, благодаря чему они лучше различают чашечки цветков с воздуха.

Швейцарские учёные удалось воспроизвести глаз мухи, так называемый искусственный фасеточный глаз.
Фасеточные глаза, состоящие из множества узких светочувствительных конусов, называемых омматидиями, характерны для насекомых и ракообразных.

Такие глаза имеют ряд преимуществ и недостатков по сравнению с человечиским. Глаз мухи имеет меньшее разрешение, чем глаз позвоночных, то есть картинка улавливаемая данным глазом будет не четкая. А из преимуществ - они менее инерционны (некоторые насекомые способны воспринимать мелькания с частотой до 300 Гц), не требуют фокусировки и могут различать не только цвет, но и направление поляризации света. Если в двух словах – то картинка быстрая, разнообразная, насыщеная но не четкая. Команда учёных из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) создала прототип искусственного фасеточного глаза, который использует преимущества такой конструкции.

Камера как глаз у мухи (фасеточный глаз)

Искусственный глаз, который учёные назвали CurvACE (CURVed Artificial Compound Eyes), состоит из 630 «омматидиев», каждый из которых представляет собой светочувствительный элемент и микролинзу, фокусирующую на него узкий пучок света. Глаз имеет угол обзора 60 градусов в вертикальной и 180 - в горизонтальной плоскости. По вертикали углы зрения разных омматидиев заданы формой микролинз, а по горизонтали - изгибом подложки, на которой расположен глаз. Такая форма продиктована технологией изготовления - светочувствительные элементы формируются на твёрдом кристалле, который затем разрезается на узкие полоски.

Глаз имеет объём всего 2,2 кубических сантиметра и весит 1,75 грамма. При промышленном производстве современный уровень техники позволит уменьшить его размеры как минимум вдвое. Основное назначение глаза - системы визуальной навигации для роботов. Глаз обладает высокой чувствительностью и динамическим диапазоном - каждый омматидий может индивидуально приспосабливаться к уровню освещённости. Такой глаз нельзя ослепить солнечным бликом. В сочетании с высоким быстродействием (прототип может выдавать до 1500 кадров в секунду), малыми размерами, отсутствием искажений по краям поля зрения и возможностью относительно просто добиться кругового или даже сферического обзора это делает его идеальным инструментом для определения положения робота в пространстве, детектирования препятствий и предотвращения столкновений. Наверное первые образцы таких камер мы увидим на автомобилях с автоуправлением и различных роботах.

По своим характеристикам CurvACE приблизительно соответствует глазу плодовой мушки дрозофилы. Так же как и глаз насекомого, содержащий внутри нервный узел, осуществляющий первичную обработку изображения, СurvACE включает в себя микроконтроллер, который обрабатывает сигнал с сенсоров с помощью алгоритмов оптического потока, а так же акселерометр и гироскоп.

Собственно электронная начинка и составляет большую часть массы и объема глаза - сам массив CMOS-сенсоров с микролинзами имеет толщину 1 мм и весит 0,36 грамма. Возможность придавать фасеточной камере любую форму и отсутствие больших линз открывают множество возможностей: такие «глаза» можно встраивать в стены помещений, в одежду или мебель для использования в системах умного дома или видеонаблюдения. Комбинируя омматидии разного типа в одном сенсоре, можно создать камеру, которая будет видеть одновременно в разных диапазонах. Некий праобраз всевидещего глаза, новая беда для параноиков и чудо находка для спецслужб.

В процессе эволюции зрения у некоторых животных возникают довольно сложные оптические приборы. К таким, безусловно, можно отнести глаза фасеточные. Они сформировались у насекомых и ракообразных, некоторых членистоногих и беспозвоночных. Чем отличается фасеточный глаз от простого, каковы его основные функции? Об этом поговорим в нашем сегодняшнем материале.

Глаза фасеточные

Это оптическая система, растровая, где отсутствует единая сетчатка. А все рецепторы объединены в небольшие ретинулы (группы), образуя выпуклый слой, не содержащий более никаких нервных окончаний. Таким образом, глаз состоит из множества отдельных единиц - омматидий, объединяющихся в общую систему зрения.

Глаза фасеточные, присущие, к отличаются от бинокулярных (присущих в том числе и человеку) плохим определением мелких деталей. Зато они способны различать колебания света (до 300 Гц), тогда как для человека предельные возможности - 50 Гц. А еще мембрана такого типа глаз имеет трубчатую структуру. Ввиду этого глаза фасеточные не имеют таких особенностей рефракции, как дальнозоркость или близорукость, для них неприменимо понятие аккомодации.

Некоторые особенности строения и зрения

У многих насекомых занимают большую часть головы и фактически неподвижны. К примеру, глаза фасеточные у стрекозы состоят из 30 000 частиц, образуя сложную структуру. У бабочек - 17 000 омматидиев, у мухи - 4 тысячи, у пчелы - 5. Наименьшее количество частичек у муравья рабочего - 100 штук.

Бинокулярное или фасеточное?

Первый тип зрения позволяет воспринимать объем предметов, их мелкие детали, оценивать расстояния до объектов и их расположение по отношению друг к другу. Однако человека ограничивается углом в 45 градусов. Если обзор необходим более полный, глазное яблоко осуществляет движение на рефлекторном уровне (либо мы повернем голову вокруг оси). Фасеточные глаза в виде полусфер с омматидиями позволяют видеть окружающую действительность со всех сторон, не поворачивая органов зрения или головы. Причем изображение, которое передает при этом глаз, очень похоже на мозаику: одной структурной единицей глаза воспринимается отдельный элемент, а вместе они отвечают за воссоздание полной картины.

Разновидности

Омматидии имеют анатомические особенности, в результате чего и различаются их оптические свойства (к примеру, у разных насекомых). Ученые определяют три вида фасета:

Кстати, некоторые виды насекомых имеют смешанный тип фасеточных органов зрения, а у многих, кроме рассматриваемых нами, имеются еще и простые глаза. Так, у мухи, к примеру, по бокам головы расположены парные фасеточные органы довольно больших размеров. А на темени есть три простых глаза, выполняющих вспомогательные функции. Такая же организация органов зрения и у пчелы - то есть всего пять глаз!

У некоторых ракообразных фасеточные глаза как бы сидят на подвижных выростах-стебельках.

А у некоторых амфибий и рыб имеется еще и дополнительный (теменной) глаз, который различает свет, но обладает предметным зрением. Сетчатка его состоит только из клеток и рецепторов.

Современные научные разработки

В последнее время глаза фасеточные - предмет изучения и восторга ученых. Ведь такие органы зрения, ввиду своего оригинального строения, дают почву для научных изобретений и изысканий в мире современной оптики. Основные преимущества - широкий обзор пространства, разработка искусственных фасеток, используемых преимущественно в миниатюрных, компактных, секретных системах наблюдения.