Muchy aj včely majú päť očí. Tri jednoduché oči umiestnené v hornej časti hlavy (dalo by sa povedať, že na temene) a dva komplexné alebo fazetové sú umiestnené po stranách hlavy. Zložené oči múch, včiel (ale aj motýľov, vážok a niektorého iného hmyzu) sú predmetom nadšeného štúdia vedcov. Faktom je, že tieto orgány videnia sú usporiadané veľmi zaujímavým spôsobom. Skladajú sa z tisícok jednotlivých šesťuholníkov alebo, vedecky povedané, faziet. Každá z faziet je miniatúrne kukátko, ktoré poskytuje obraz samostatnej časti objektu. V zložitých očiach mucha domáca približne 4 000 faziet, v robotnici - 5 000, v drone - 8 000, v motýľovi - až 17 000, v vážke - až 30 000 Ukazuje sa, že oči hmyzu posielajú do mozgu niekoľko tisíc obrazov jednotlivca časti objektu, ktoré síce splývajú do obrazu objektu ako celku, no napriek tomu tento objekt pôsobí, akoby bol zložený z mozaiky.
Prečo sú potrebné? zložené oči? Predpokladá sa, že s ich pomocou sa hmyz orientuje v lete. Zatiaľ čo jednoduché oči sú určené na skúmanie objektov, ktoré sú v blízkosti. Ak sa teda včele odstránia alebo zakryjú zložené oči, správa sa, ako keby bola slepá. Ak sú jednoduché oči zapečatené, potom sa zdá, že hmyz má pomalú reakciu.
1,2
-Zložené (zložené) oči včely alebo muchy
3
-tri jednoduché oči včely alebo muchy
Päť očí umožňuje hmyzu pokryť 360 stupňov, teda vidieť všetko, čo sa deje vpredu, na oboch stranách aj vzadu. Možno preto je také ťažké dostať sa k muche nepozorovane. A ak si uvedomíte, že zložené oči vidia pohybujúci sa objekt oveľa lepšie ako nehybný, potom sa človek môže len čudovať, ako sa človeku niekedy podarí tresnúť muchu novinami!
Schopnosť hmyzu so zloženými očami rozpoznať aj ten najmenší pohyb sa odráža v nasledujúcom príklade: ak si včely a muchy sadnú s ľuďmi, aby pozerali film, bude sa im zdať, že dvojnohí diváci sa dlho pozerajú na jeden záber. predtým, než sa presuniete na ďalšie. Aby hmyz mohol sledovať film (a nie jednotlivé snímky, ako je fotografia), film projektora sa musí otáčať 10-krát rýchlejšie.
Mali by sme závidieť oči hmyzu? Pravdepodobne nie. Napríklad oči muchy vidia veľa, ale nie sú schopné pozerať sa zblízka. Preto jedlo (napríklad kvapku džemu) objavujú tak, že sa plazia po stole a doslova doň narážajú. A včely, kvôli zvláštnostiam ich videnia, nerozlišujú červenú farbu - pre nich je čierna, šedá alebo modrá.
ukázať všetko
U vyššieho hmyzu nemajú orgány videnia identickú štruktúru. Na čele alebo na nich sú tri jednoduché (v strede - , po stranách - bočné) a po stranách sú dve zložité zložené oči. Nachádzajú sa u dospelého hmyzu, ako aj u hmyzu a prenášajú väčšinu prijatých vizuálnych informácií.
Všeobecná štruktúra očí
Väčšina hmyzu má oči a len relatívne malý počet taxónov ich nemá. Napríklad sa nevyskytujú u niektorých primitívnych druhov, ako aj u potulných mravcov Ection. Vo väčšine prípadov sú oči prezentované ako dve samostatné štruktúry, avšak napríklad u vážok sú také veľké, že sa zbiehajú do jednej štruktúry na oku.
Tvar zložitých orgánov zraku je často okrúhly, ale v niektorých prípadoch sú v tvare slzy (ako modlivka) alebo obličkového tvaru, pretože majú zárez, na ktorom „sedí“ anténa (ako napr. Willow Lamia textоr). V niektorých prípadoch je zárez taký ostrý, že oddeľuje hornú časť a spodná časť oči od seba, a preto sa zdá, že hmyz nemá dve, ale štyri oči (napríklad chrobák Tetrops praeusta). Niekedy sú vlastnosti tvaru a veľkosti očí určené príslušnosťou k jednému alebo druhému pohlaviu. Samce teda majú zvyčajne vyvinutejšie oči ako samice, čo je zjavné najmä na príklade trúdov a robotníc. U koníkov sa u samcov dotýkajú v strede a u samíc sa nedotýkajú.
V spodnej časti priľahlej k hlave je každé oko ohraničené bazálnou alebo sitovou membránou. V ňom je podľa počtu ommatídií veľa otvorov, ktorými prechádzajú vlákna zrakového nervu. Prostredníctvom nich vstupujú do oka, prepichnú ho a prechádzajú medzi ním. Na mieste oka tvorí pomerne hlbokú invagináciu, ktorá tvorí očnú kapsulu alebo okulár; je nosnou štruktúrou oka.
Ommatídium ako štruktúrna jednotka zloženého oka
Priečny rozmer(priemer) štruktúrnych jednotiek oka sa tiež líši, ale v každom prípade sa meria v mikrónoch. Priemer švába je 20 mikrónov a priemer švába amerického je 32 mikrónov.
Zorné osi ommatídie by preto mali byť približne kolmé na povrch viac priestoru zaberajú, tým viac vypúlené oči hmyzu. Výrazné vyčnievanie očí však až tak nehovorí dobré videnie, koľko o veľkom zornom poli, tým najmenej, u denných druhov.
Detailná štruktúra ommatídia je pomerne zložitá a bude diskutovaná na príklade typického apozičného oka (vysvetlenie tohto pojmu v ďalšej časti). V štruktúre každej jednotky zložených očí sú tri funkčné komplexy štruktúr alebo tri aparáty:
- dioptrické (refrakčné)
Pozostáva zo šošoviek, láme a usmerňuje svetlo.
- receptor (vnímanie)
Vníma a prenáša vizuálne informácie.
- prístroj na izoláciu pigmentu
Štruktúra ommatídia
Štruktúra ommatídia
1 - rohovka, 2 - bunky rohovky,
3 - kryštálový kužeľ, 4 - Semperove články,
5 - bunky sietnice, 6 - optická tyčinka,
7 - sekundárne pigmentové bunky,
8 - pigmentové bunky sietnice,
9 - bazálna membrána
Vizuálny prístroj ommatídia
Dioptrický prístroj
pozostáva z nasledujúcich častí (zvonku dovnútra): (foto)Receptorový prístroj
obsahuje niekoľko ďalších komponentov:- Retinálna bunky- predĺžené štruktúry, ktoré sa nachádzajú pod kryštalickým kužeľom vo forme lúča (5 per (foto) ).
- Optická tyč (rabdoma)- podlhovastý útvar pozostávajúci z produktov sekrécie buniek sietnice a umiestnený v strede ich zväzku. V priečnom reze tvoria rabdóm a bunky sietnice obraz „kvetu“, kde rabdom zaujíma axiálnu polohu a je „jadrom“ a bunky sietnice sú umiestnené okolo neho ako okvetné lístky (6 na (foto)).
- Optické nervy - nervy, ktoré prenášajú informácie do centrálneho nervového systému.
Pigmentačný prístroj
izolácia pozostáva z 3 formácií:- Corneagenic (hlavný pigment) bunky: tie isté, ktoré vyrábajú šošovku. Sú naplnené pigmentom a izolujú šošovku od rohoviek susedných ommatídií.
- Náhodné pigmentové bunky- izolujte každý od ostatných na úrovni kryštálového kužeľa (7 per (foto) ).
- Pigmentové bunky sietnice- vykonávajú rovnakú funkciu, ale nižšie, na úrovni buniek sietnice a optickej tyčinky (8 na (foto) ).
Neurosuperpozícia oka
Takéto oči sa vyznačujú tým, že v nich dochádza k súčtu nervových signálov z určitej časti zrakových buniek, do ktorých svetlo prichádza z jedného miesta. Tento typ oka sa vyskytuje u múch.
Videnie hmyzu
V susedných ommatídiách sú zrakové osi veľmi blízko seba, čo dáva hmyzu schopnosť lepšie rozlišovať body, ktoré sú blízko seba. Výsledkom je, že ich zraková ostrosť je približne 3-krát vyššia ako u ľudí. Súčasne, keď sa objekt vzďaľuje od oka, zrak sa zhoršuje; Teda hmyz podľa ľudských štandardov, krátkozraký.
Ďalšou výhodou zložených očí je, že mnohé ommatídie im umožňujú lepšie sledovať blikajúce a rýchlo sa pohybujúce objekty. Pre nás sa súvislý obraz na obrazovke vytvára, keď sa film pohybuje rýchlosťou 16 snímok za sekundu a pre hmyz - pri 250-300. To im dáva výhodu, pokiaľ ide o rýchlosť.
Hmyz dokáže vnímať polarizáciu svetla. Nielenže vidia všetky predmety ako trojrozmerné, ale rozlišujú jemné odtiene a odtiene farieb, ktoré sú nedostupné. ľudskému oku. Väčšina hmyzu má farebné videnie len primitívne formy žijúce v jaskyniach, veľké múčne červy a termity majú čiernobiele videnie. Lietajúce bylinožravé druhy majú svetelný detektor „vyladený“ na vnímanie v ultrafialovom spektre, vďaka čomu lepšie rozlišujú kalichy kvetov od vzduchu.
Švajčiarskym vedcom sa podarilo reprodukovať oko muchy, takzvané umelé zložené oko.
Zložené oči, pozostávajúce z mnohých úzkych kužeľov citlivých na svetlo nazývaných ommatídia, sú charakteristické pre hmyz a kôrovce.
Takéto oči majú v porovnaní s ľudskými očami množstvo výhod a nevýhod. Oko muchy má nižšie rozlíšenie ako oko stavovcov, to znamená, že obraz zachytený týmto okom nebude jasný. A medzi výhody - sú menej zotrvačné (niektorý hmyz je schopný vnímať blikanie s frekvenciou až 300 Hz), nevyžadujú zaostrovanie a dokážu rozlíšiť nielen farbu, ale aj smer polarizácie svetla. Stručne povedané, obraz je rýchly, pestrý, bohatý, ale nie jasný. Tím vedcov z Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) vytvoril prototyp umelého zloženého oka, ktoré využíva výhody tohto dizajnu.
Kamera je ako oko muchy (zložené oko)
Umelé oko, ktoré vedci nazvali CurvACE (CURVed Artificial Compound Eyes), pozostáva zo 630 „ommatidov“, z ktorých každý je prvkom citlivým na svetlo a mikrošošovkou, ktorá naň zameriava úzky lúč svetla. Oko má zorný uhol 60 stupňov vo vertikálnej a 180 stupňov v horizontálnej rovine. Vertikálne uhly pohľadu rôznych ommatídií sú dané tvarom mikrošošoviek a horizontálny uhol je určený ohybom substrátu, na ktorom je oko umiestnené. Tento tvar je daný výrobnou technológiou - fotosenzitívne prvky sú tvorené na pevnom kryštáli, ktorý je následne narezaný na úzke pásiky.
Kamera je ako oko muchy (zložené oko) Oko má objem len 2,2 kubických centimetrov a váži 1,75 gramu. O priemyselná produkcia moderná úroveň technológia zníži jeho veľkosť minimálne o polovicu. Hlavným účelom oka je vizuálny navigačný systém pre roboty. Oko má vysoká citlivosť a dynamický rozsah - každá ommatídia sa môže individuálne prispôsobiť úrovni osvetlenia. Takéto oko nemôže byť oslepené žiarou slnka. V kombinácii s vysokou rýchlosťou (prototyp dokáže produkovať až 1500 snímok za sekundu), malými rozmermi, absenciou skreslenia na okrajoch zorného poľa a schopnosťou relatívne ľahko dosiahnuť kruhový alebo dokonca sférický pohľad z neho robí ideálny nástroj na určenie polohy robota v priestore, zisťovanie prekážok a vyhýbanie sa kolíziám. Prvé ukážky takýchto kamier zrejme uvidíme na samoriadiacich autách a rôznych robotoch.
Charakteristiky CurvACE zhruba zodpovedajú oku ovocnej mušky Drosophila. Rovnako ako oko hmyzu, ktoré obsahuje ganglion, vykonávanie primárne spracovanie CurvACE obsahuje mikrokontrolér, ktorý spracováva signál zo senzorov pomocou algoritmov optického toku, ako aj akcelerometer a gyroskop.
Vlastná elektronická výplň tvorí väčšinu hmoty a objemu oka – samotné pole CMOS snímačov s mikrošošovkami má hrúbku 1 mm a váži 0,36 gramu. Schopnosť dať fazetovej kamere akýkoľvek tvar a absencia veľkých šošoviek otvára veľa možností: takéto „oči“ môžu byť zabudované do stien miestností, oblečenia alebo nábytku na použitie v inteligentných domácich alebo video monitorovacích systémoch. Kombinácia ommatídia odlišné typy V jednom snímači môžete vytvoriť kameru, ktorá bude vidieť súčasne v rôznych rozsahoch. Akýsi prototyp vševidiaceho oka, nové nešťastie pre paranoika a zázračný nález pre spravodajské služby.
Počas evolúcie zraku sa niektoré zvieratá vyvíjajú pomerne komplexne optické prístroje. Medzi ne, samozrejme, patria aj zložené oči. Vznikli u hmyzu a kôrovcov, niektorých článkonožcov a bezstavovcov. Ako sa zložené oko líši od jednoduchého oka, aké sú jeho hlavné funkcie? Dnes o tom budeme hovoriť v našom materiáli.
Zložené oči
Toto optický systém, raster, kde nie je jediná sietnica. A všetky receptory sú spojené do malých retinul (skupín), ktoré tvoria konvexnú vrstvu, ktorá neobsahuje žiadne ďalšie nervových zakončení. Oko sa teda skladá z mnohých jednotlivých jednotiek – ommatídií, spojených do spoločný systém vízie.
Zložené oči, ktoré sú im vlastné, sa líšia od tých binokulárnych (vlastných aj ľuďom) v zlom rozlíšení malých detailov. Sú však schopné rozlišovať medzi kolísaním svetla (do 300 Hz), zatiaľ čo pre človeka sú maximálne možnosti 50 Hz. A membrána tohto typu oka má rúrkovú štruktúru. Vzhľadom na to fazetové oči nemajú také refrakčné črty ako ďalekozrakosť alebo krátkozrakosť, nie je na ne aplikovateľný pojem akomodácie.
Niektoré štrukturálne a vizuálne vlastnosti
V mnohých hmyzoch zaberajú väčšinu hlavy a sú prakticky nehybné. Napríklad zložené oči vážky pozostávajú z 30 000 častíc, ktoré tvoria komplexnú štruktúru. Motýle majú 17 000 ommatídií, muchy 4 000 a včely 5. Najmenšie množstvo Pracovný mravec má 100 častíc.
Ďalekohľad alebo fazeta?
Prvý typ videnia vám umožňuje vnímať objem objektov, ich malé detaily, odhadnúť vzdialenosť objektov a ich umiestnenie vo vzťahu k sebe navzájom. Ľudia sú však obmedzení uhlom 45 stupňov. Ak je potrebná úplnejšia kontrola, očná buľva vykonáva pohyb na úrovni reflexu (alebo otáčame hlavu okolo osi). Zložené oči vo forme hemisfér s ommatídiou umožňujú vidieť okolitú realitu zo všetkých strán, bez otáčania očí alebo hlavy. Navyše, obraz, ktorý oko prenáša, je veľmi podobný mozaike: jeden konštrukčná jednotka oči vnímajú samostatný prvok a spoločne sú zodpovedné za vytvorenie úplného obrazu.
Odrody
Ommatidia majú anatomické vlastnosti, v dôsledku čoho sa ich optické vlastnosti líšia (napríklad medzi rôznymi druhmi hmyzu). Vedci definujú tri typy aspektov:
Mimochodom, niektoré druhy hmyzu majú zmiešaný typ fazetové orgány videnia a mnohé, okrem tých, o ktorých uvažujeme, majú aj jednoduché oči. Napríklad v muche sú po stranách hlavy celkom umiestnené párové fazetové orgány veľké veľkosti. A na korune sú tri jednoduché oči, ktoré vykonávajú pomocné funkcie. Včela má rovnakú organizáciu zrakových orgánov – teda iba päť očí!
U niektorých kôrovcov sa zdá, že zložené oči sedia na pohyblivých stopkách.
A niektoré obojživelníky a ryby majú aj prídavné (temenné) oko, ktoré rozlišuje svetlo, ale má objektové videnie. Jeho sietnica pozostáva len z buniek a receptorov.
Moderný vedecký vývoj
IN V poslednej dobe Zložené oči sú predmetom štúdia a potešenia vedcov. Koniec koncov, takéto orgány videnia vďaka svojej pôvodnej štruktúre poskytujú základ pre vedecké vynálezy a výskum vo svete modernej optiky. Hlavné výhody - široký rozhľad vesmír, vývoj umelých faziet používaných predovšetkým v miniatúrnych, kompaktných, tajných sledovacích systémoch.
Pri veľkom zväčšení vyzerá oko hmyzu ako jemná mriežka.Oko hmyzu sa totiž skladá z mnohých malých „očiek“ nazývaných fazety. Oči hmyzu sa nazývajú zložené oči. Drobná očná fazeta sa nazýva ommatídium. Ommatidium má vzhľad dlhého úzkeho kužeľa, ktorého základ tvorí šošovka v tvare šesťuholníka. Odtiaľ pochádza názov zloženého oka: fazeta znamená vo francúzštine „okraj“.
Trs ommatídie tvorí zložité okrúhle oko hmyzu.
Každá ommatídia má veľmi obmedzené zorné pole: zorný uhol ommatídie v centrálnej časti oka je len asi 1 ° a na okrajoch oka - až 3 °. Ommatídium „vidí“ len tú malú časť predmetu pred svojimi očami, na ktorú je „namierené“, teda tam, kam smeruje predĺženie jeho osi. Ale keďže ommatídia tesne priliehajú k sebe a ich osi v okrúhlom oku sa radiálne rozchádzajú, celé zložené oko pokrýva objekt ako celok. Okrem toho sa obraz objektu ukáže ako mozaika, to znamená, že sa skladá zo samostatných častí.
Počet ommatídií v oku sa líši od hmyzu k hmyzu. Mravec robotnica má v oku len asi 100 ommatídií, mucha domáca asi 4 000, včela robotnica 5 000, motýle až 17 000 a vážky až 30 000! Mravec má teda veľmi priemerné videnie, zatiaľ čo obrovské oči vážky - dve dúhové pologule - poskytujú maximálne zorné pole.
Vzhľadom na to, že optické osi ommatídie sa rozchádzajú v uhloch 1-6 °, jasnosť obrazu hmyzu nie je príliš vysoká: nerozlišujú malé detaily. Väčšina hmyzu je navyše krátkozraká: okolité predmety vidí vo vzdialenosti len niekoľkých metrov. Ale zložené oči sú vynikajúce pri rozlišovaní blikajúceho (blikajúceho) svetla s frekvenciou až 250 – 300 hertzov (pre ľudí je hraničná frekvencia asi 50 hertzov). Oči hmyzu sú schopné určiť intenzitu svetelného toku (jas), a navyše majú jedinečná schopnosť: schopný určiť rovinu polarizácie svetla. Táto schopnosť im pomáha pri navigácii, keď nie je na oblohe vidieť slnko*.
Hmyz rozlišuje farby, ale vôbec nie ako my. Napríklad včely „nepoznajú“ červenú farbu a nerozlišujú ju od čiernej, ale vnímajú pre nás neviditeľné ultrafialové lúče, ktoré sa nachádzajú na opačnom konci spektra. Ultrafialové žiarenie detegujú aj niektoré motýle, mravce a iný hmyz. Mimochodom, je to slepota opeľujúceho hmyzu na červenú farbu, ktorá vysvetľuje zvláštny fakt, že medzi našou divokou flórou nie sú žiadne rastliny so šarlátovými kvetmi.
*Svetlo prichádzajúce zo slnka nie je polarizované, to znamená, že jeho fotóny majú ľubovoľnú orientáciu. Pri prechode atmosférou sa však svetlo v dôsledku rozptylu molekulami vzduchu polarizuje a rovina jeho polarizácie smeruje vždy k slnku.
Okrem zložených očí má hmyz ešte tri jednoduché ocelli s priemerom 0,03-0,5 mm, ktoré sú umiestnené vo forme trojuholníka na fronto-parietálnom povrchu hlavy. Tieto oči nie sú vhodné na rozlišovanie predmetov a sú potrebné na úplne iný účel. Meria priemernú úroveň osvetlenia, ktorá sa používa ako referenčný bod („nulový signál“) pri spracovaní vizuálnych signálov. Ak zalepíte tieto oči hmyzu, zachová si schopnosť priestorovej orientácie, ale bude môcť lietať len pri silnejšom svetle ako zvyčajne. Dôvodom je, že zapečatené oči sa mylne považujú za „ priemerná úroveň» čierne pole a tým poskytujú zloženým očiam širší rozsah osvetlenia, čím sa znižuje ich citlivosť.
