Как видят животные? Цветное зрение. Как видят животные Животные которые хорошо видят днем и ночью

Как видят наши четвероногие друзья?

До сих пор, мы, владельцы наших четвероногих питомцев, практически ничего не знаем об их зрении. Различают ли наши кошки и собаки цвета? Каким они видят мир вокруг себя? Действительно ли собаки близоруки, а кошки, наоборот, дальнозорки? Правда ли что животные видят вдаль хуже человека? На все эти интересные и занимательные вопросы отвечают Руководитель центра ветеринарной офтальмологии доцент Шилкин Алексей Германович и его коллеги.

Сразу хочу сказать, что человек и животные совершенно по-разному видят окружающий мир и имеют различное строение глаза. Человек более 90% информации об окружающем мире получает посредством зрения. Оно является не только самым важным, но и доминирующим среди остальных органов чувств. Наше зрение имеет прекрасную остроту вдали и вблизи, широчайшую цветовую гамму и это происходит благодаря тому, что в глазу человека имеется функциональный центр сетчатки – жёлтое пятно. Глаз человека посредством преломляющей системы: роговицы, зрачка и хрусталика направляет весь поток света в глаз к желтому пятну.

Зрительная система человека.

Оптическая система человека фокусирует зрительный образ в макулу – центральную часть глаза, где расположено наиболее большое количество света воспринимающих рецепторов колбочек. Это формирует макулярное – центральное зрение человека.

Здесь расположены фоторецепторы – колбочки, с наиболее высокой зрительной активностью. Чем плотнее их концентрация, тем выше острота зрения. Причём каждая колбочка через волокна зрительного нерва имеет своё представительство в центральной нервной системе. Это похоже на матрицу высокого разрешения.

В нашем зрительном нерве проходит просто огромное количество нервных волокон – более 1млн 200тыс. Вся информация от глаза проходит в зрительную область коры головного мозга, где находятся необычайно развитые высшие корковые центры. Кстати, старинная русская пословица о том, что мы видим не глазами, а затылком в свете современных знаний не лишена смысла.

Глазное дно человека

1. Диск зрительного нерва состоящий из 1 млн. 120 тыс. нервных волокон, обеспечивает высокое зрительное разрешение.
2. Макула(maculae), – функциональный центр сетчатки человека, за счет большого количества нервных волокон, обеспечивает высокую остроту зрения и полное восприятие цветов.
3. Сосуды сетчатки – артерии и вены.
4. Периферия сетчатки представлена палочками не плотно прилегающими друг к другу. За счет этого зрение в темноте у человека слабое.

Жёлтое пятно присуще только человеку и ряду высших приматов. У других животных его нет. Несколько лет назад американские учёные сравнивали зрение человека и обезьяны. Исследования показали, что обезьяны видят лучше. Потом аналогичные опыты проводились уже между собакой и волком. Волки, как оказалось, лучше видят, чем наши домашние питомцы. Вероятно, это некоторая расплата за все блага цивилизации.

Как же устроен глаз животных?

Наши четвероногие любимцы воспринимают всё несколько по-другому. Для собак и кошек зрение не является определяющим в восприятии окружающего мира. Они имеют другие хорошо развитые органы чувств: слух, обоняние, осязание и хорошо используют их. Зрительная система животных имеет некоторые интересные особенности. Собаки и кошки одинаково хорошо видят как на свету, так и в темноте. Следует сказать, что размеры глаза животных практически не корелируют с размером тела. Размер глаза зависит от того – дневное это животное или ночное. У ночных животных глаз больше по размеру и выпуклый, в отличие от дневных.

Размер глаз животного не зависит от размера тела. У всех ночных птиц огромные выпуклые глаза, помогающие им прекрасно ориентироваться в темноте.

Так, например, глаз у слона всего в 2,5 раза больше, чем у кошки. Животные не имеют жёлтого пятна – функционального центра зрения. Что же это им даёт? Если человек видит преимущественно жёлтым пятном и имеет центральный тип зрения, то собаки и кошки видят одинаково всей сетчаткой и имеют панорамный тип зрения.

Зрительная система глаза животных.

Оптическая система животных равномерно направляет зрительный образ по всей поверхности сетчатки, тем самым создавая панорамное зрение. Таким образом вся сетчатка животных видит одинаково.

Сетчатка собак и кошек разделена на 2 части. Верхняя «тапетальная» часть блестит, как перламутр и предназначена для зрения в темноте. Её цвет варьирует от зелёного до оранжевого и напрямую зависит от цвета радужки. Когда в темноте мы видим блестящие зелёные глаза кошки, мы как раз и наблюдаем зелёный рефлекс глазного дна. А глаза волков светящиеся ночью зловещим красным цветом не что иное, как окрашенная тапетальная часть сетчатки

Глазное дно собаки.

1. Диск зрительного нерва состоит из 170 тыс. нервных волокон. За счет этого животные имеют более низкое разрешение зрительных образов.
2. Нижняя часть сетчатки - пигментирована. Пигмент защищает сетчатку от ожога ультрафиолетовым излучением (спектром) дневного света.
3. Сосуды сетчатки.
4. У животных имеется светоотражающая блестящая мембрана (tapetum lucidum). За счет ее наличия животные (особенно, ведущие ночной образ жизни) значительно лучше видят в темноте.

Нижняя часть сетчатки пигментированная. Она коричневого цвета и приспособлена для зрения на свету. Пигмент защищает сетчатку от повреждения ультрафиолетовой частью солнечного спектра. Большой выпуклый глаз и разделение сетчатки на две половинки создаёт все условия для жизни при широком диапазоне освещённости. А панорамный тип зрения помогает животным лучше охотиться и опережать добычу.

Какова острота зрения животных?

Выигрывая в панорамном зрении и способности адаптации в широком диапазоне спектра, животные уступают человеку в остроте зрения. По данным литературы, собаки видят 30%, а кошки 10% от остроты зрения человека. Если бы собаки умели читать, на приёме у врача они прочли бы третью строчку сверху (по таблице которую все вы видели), а кошки только первую. Человек с нормальным 100% зрением читает десятую строчку. Это происходит за счёт отсутствия у собак и кошек жёлтого пятна. Кроме того, световоспринимающие фоторецепторы расположены на большом расстоянии друг от друга, а число нервных волокон в зрительном нерве животных составляет 160-170 тыс., что в шесть раз меньше, чем у человека. Зрительный образ, видимый животными, воспринимается ими менее чётко и с низкими детальными разрешениями.

Действительно ли собаки близоруки, а кошки дальнозорки?

Это широко распространённое заблуждение, даже среди ветеринаров. Мы провели специальные исследования у 40 животных по измерению близорукости и дальнозоркости. Для этого собак и кошек усаживали за прибор авторефрактометр (как на приёме у человеческого окулиста) и им автоматически измерялась рефракция глаза. Нами было выявлено, что собаки и кошки близорукостью и дальнозоркостью в отличие от человека не страдают.

Почему собаки и кошки играют с подвижными предметами?

Мы, люди лучше видим неподвижные предметы и обязаны этому колбочкам. Собаки и кошки имеют преимущественно палочковый тип зрения, а палочки лучше воспринимают движущиеся предметы, чем неподвижные. Так, если животные видят движущийся предмет с расстояния 900 метров, то этот же предмет в неподвижном состоянии они видят только с расстояния 600 метров и ближе. Как только бантик на верёвочке или мячик начинают двигаться - охота началась!

Различают ли наши питомцы цвета?

Человек прекрасно различает цвета за счёт колбочек, которые имеют наибольшую плотность в зоне жёлтого пятна. До недавнего времени считалось, что если у животных нет жёлтого пятна, значит, они видят мир чёрно-белым. Дискуссии о возможности животных различать цвета велись более века. Ставились всевозможные опыты опровергающие друг друга. Исследователи светили в глаза фонариками разного цвета и пытались по степени сужения зрачка понять, на какой из цветов происходит большая реакция.

Конец этим спорам был положен в конце 80-х годов американскими исследователями. Результаты их экспериментов показали, что собаки различают цвета, но в отличие от человека их цветовая палитра значительно беднее.

В глазу животных содержится значительно меньше колбочек, чем у людей. Цветовая палитра человека формируется из колбочек трёх типов: первый воспринимает длинноволновые цвета – красный и оранжевый. Второй тип лучше воспринимает средневолновые цвета – жёлтый и зелёный. Третий тип колбочек отвечает за коротковолновые цвета – синий и фиолетовый. У собак колбочки, отвечающие за красный цвет, отсутствуют. Таким образом, собаки в основном воспринимают хорошо сине-фиолетовый и жёлто-зелёный диапазон цветов. Зато животные видят до 40 оттенков серого цвета, что даёт им неоспоримые преимущества при охоте.

Как животные ориентируются в темноте?

Собаки в 4 раза, а кошки в 6 раз лучше видят в темноте, чем человек. Это обусловлено двумя причинами.

Животные имеют большее количество палочек, по сравнению с человеком. Они расположены по оптической оси глаза, и имеют высокую светочувствительность и лучше, чем палочки человека приспособлены для зрения в темноте.

Кроме того, у животных в отличие от человека имеется высокоактивная светоотражающая мембрана tapetum lucidum. Она многократно улучшает зрительные способности животных вдаль в темноте. Её роль можно сравнить с серебряным напылением зеркала или отражениями фары машины. Светоотражающая мембрана у собак представлена кристаллами гуанина, расположенных в верхней части за сетчаткой.

Светоотражающая мембрана собаки (tapetum lucidum).

Светоотражающая мембрана работает следующим образом. В темноте у собак каждый квант света проходя через прозрачную сетчатку доходит до светоотражающей мембраны и отражаясь от неё попадает опять на сетчатку. Таким образом, на сетчатку попадает значительно больший световой поток, а окружающие предметы при недостатке света становятся более различимыми.

Банда кошек со светящимися в темноте глазами. Глаза у кошек светятся зеленым цветом из за наличия светоотражающей мембраны. У волков она имеет красный цвет, и поэтому в темноте у волков глаза светятся «зловещим красным цветом».

У кошек светоотражающие кристаллы ещё и повышают контрастность изображения за счёт изменения длинны волны отражаемого цвета на оптимальную для фото рецепторов.

Ширина полей зрения человека и животных

Ещё одной важной характеристикой является ширина полей зрения. У человека оси глаз параллельны, поэтому лучше всего он видит прямо перед собой.

Таким видит изображение человек.

Глаза собаки расположены так, что их оптические оси расходятся примерно на 20 градусов.

Глаз человека имеет поле зрения в виде круга, а поле зрения собаки «растянуто» в стороны. За счёт расхождения осей глаз и «горизонтального растяжения» суммарное поле зрения собаки увеличивается до 240-250 градусов, что на 60-70 градусов больше, чем у человека.

У собаки поле зрения значительно шире чем у человека.

Но это средние цифры, ширина полей зрения различна у разных пород собак. Влияние оказывают строение черепа, расположение глаз, форма и размер носа. У широкомордых собак с коротким носом (пекинес, мопс, английский бульдог) глаза расходятся под сравнительно малым углом. Поэтому они имеют ограниченное боковое зрение. У узкомордых собак с вытянутым носом (борзые и другие охотничьи породы) оси глаз расходятся под большим углом. Это даёт собаке очень широкое поле зрения. Ясно, что такое качество очень важно для успешной охоты.

Поле зрения лошади значительно превосходит не только человеческое, но и собачье.

Таким образом, наши домашние животные видят мир совсем по-другому. Собаки и кошки значительно лучше нас видят в темноте, имеют более широкое поле зрения, лучше воспринимают движущиеся предметы. Всё это позволяет нашим питомцам прекрасно охотиться и уходить от преследования, видеть не только перед собой, но и по бокам. При этом они проигрывают нам в остроте зрения, способности тонко различать цвета. Но это животным и не нужно, они книжек не читают, пока… Что будет дальше – посмотрим.

Люди неплохо видят в темноте, но ночные животные, такие как кошки, дадут нам сто очков вперед. Кто же является обладателем самых чувствительных глаз?

В этом попробовал разобраться корреспондент BBC Earth .

Человеческий глаз — одно из самых поразительных достижений эволюции. Он способен видеть мелкие пылинки и огромные горы, вблизи и вдалеке, в полном цвете. Работая в паре с мощным процессором в виде головного мозга, глаза позволяют человеку различать движение и узнавать людей по их лицам.

Одна из наиболее впечатляющих особенностей наших глаз так хорошо развита, что мы ее даже не замечаем. Когда мы входим с яркого света в полутемное помещение, уровень освещенности окружающей обстановки резко падает, но глаза адаптируются к этому почти мгновенно. В результате эволюции мы приспособилось видеть при плохом свете.

Но на нашей планете есть живые существа, которые видят в темноте гораздо лучше человека. Попробуйте почитать газету в глубоких сумерках: черные буквы сливаются с белым фоном в размытое серое пятно, в котором нельзя ничего понять. А вот кошка в аналогичной ситуации не испытывала бы никаких проблем — конечно, если бы она умела читать.

Но даже кошки, несмотря на привычку охотиться по ночам, видят в темноте не лучше всех. У существ с самым острым ночным зрением эволюционировали уникальные зрительные органы, позволяющие им улавливать буквально крупицы света. Некоторые из этих существ способны видеть в условиях, когда, с точки зрения нашего понимания физики, увидеть в принципе ничего нельзя.

Для сравнения остроты ночного зрения мы будем использовать люкс — в этих единицах измеряется количество света на квадратный метр. Человеческий глаз хорошо работает при ярком солнечном свете, когда освещенность может превышать 10 тысяч люксов. Но мы можем видеть и всего при одном люксе — примерно столько света бывает темной ночью.

Домашняя кошка (Felis catus): 0,125 люкса

Чтобы видеть, кошкам нужно в восемь раз меньше света, чем людям. Их глаза в целом похожи на наши, но в их устройстве есть несколько особенностей, позволяющих хорошо работать в темноте.

Кошачьи глаза, как и человеческие, состоят из трех основных компонентов: зрачка — отверстия, через которое проникает свет; хрусталика — фокусирующей линзы; и сетчатки — чувствительного экрана, на который проецируется изображение.

У человека зрачки круглые, а у кошки они имеют форму вытянутого вертикального эллипса. Днем они сужаются в щелочки, а ночью раскрываются на максимальную ширину. Человеческий зрачок тоже может менять размер, но не в таких широких пределах.

Хрусталики у кошки крупнее, чем у человека, и способны собрать больше света. А за сетчаткой у них расположен отражающий слой под названием tapetum lucidum, также известный просто как «зеркальце». Благодаря ему глаза кошек светятся в темноте: свет проходит через сетчатку и отражается обратно. Таким образом свет воздействует на сетчатку дважды, давая рецепторам дополнительный шанс его поглотить.

Состав самой сетчатки у кошек тоже отличается от нашего. Есть два типа светочувствительных клеток: колбочки, различающие цвета, но работающие только при хорошем освещении; и палочки — не воспринимающие цвет, но зато работающие в темноте. У людей много колбочек, дающих нам богатое полноцветное зрение, а у котов гораздо больше палочек: 25 на одну колбочку (у людей это соотношение составляет один к четырем).

На квадратный миллиметр сетчатки у кошек приходится 350 тысяч палочек, а у человека — всего лишь 80-150 тысяч. К тому же, каждый отходящий от кошачьей сетчатки нейрон передает сигналы от примерно полутора тысяч палочек. Слабый сигнал таким образом усиливается и превращается в детальное изображение.

У такого острого ночного зрения есть и обратная сторона: в дневное время кошки видят примерно так, как люди с красно-зеленой цветовой слепотой. Они могут отличать синий от других цветов, но не видят разницы между красным, коричневым и зеленым.

Долгопят (Tarsiidae): 0.001 люкса

Долгопяты — это живущие на деревьях приматы, встречающиеся в Юго-Восточной Азии. В сравнении с остальными пропорциями тела у них, похоже, самые большие глаза из всех млекопитающих. Тело долгопята, если не брать хвост, обычно достигает в длину 9-16 сантиметров. Глаза же имеют диаметр 1,5-1,8 сантиметра и занимают почти все внутричерепное пространство.

Питаются долгопяты в основном насекомыми. Они охотятся рано утром и поздно вечером, при освещенности в 0,001-0,01 люкса. Передвигаясь по верхушкам деревьев, они должны почти в полной темноте высматривать маленькую, хорошо замаскированную добычу и при этом не падать, перепрыгивая с ветки на ветку.

Помогают им в этом глаза, в целом похожие на человеческие. Гигантский глаз долгопята пропускает много света, и его количество регулируется сильными мускулами, окружающими зрачок. Крупный хрусталик фокусирует изображение на сетчатке, усыпанной палочками: их у долгопята более 300 тысяч на квадратный миллиметр, как у кошки.

У этих больших глаз есть недостаток: долгопяты не способны ими двигать. В качестве компенсации природа наделила их шеями, поворачивающимися на 180 градусов.

Навозный жук (Onitis sp.): 0.001-0.0001 люкса

Где навоз, там обычно и навозные жуки. Они выбирают самую свежую кучу навоза и начинают в ней жить, скатывая шарики из навоза про запас или выкапывая под кучей тоннели, чтобы обустроить себе кладовую. Навозные жуки рода Onitis вылетают на поиски навоза в разное время суток.

Их глаза сильно отличаются от человеческих. Глаза у насекомых фасеточные, они состоят из множества структурных элементов — омматидиев.

У жуков, летающих днем, омматидии заключены в пигментные оболочки, поглощающие лишний свет, чтобы солнце не ослепляло насекомое. Эта же оболочка отделяет каждый омматидий от соседних. Однако в глазах у жуков, ведущих ночной образ жизни, эти пигментные оболочки отсутствуют. Поэтому свет, собранный многими омматидиями, может передаваться всего лишь к одному рецептору, что значительно повышает его светочувствительность.

Род Onitis объединяет несколько разных видов навозных жуков. В глазах у дневных видов есть изолирующие пигментные оболочки, глаза вечерних жуков суммируют сигналы от омматидиев, а у ночных видов суммируются сигналы от количества рецепторов в два раза большего, чем у вечерних. Глаза ведущего ночной образ жизни вида Onitis aygulus, к примеру, в 85 раз более чувствительны, чем глаза дневного Onitis belial.

Пчелы-галиктиды Megalopta genalis: 0.00063 люкса

Но описанное выше правило действует не всегда. Некоторые насекомые могут видеть при очень низкой освещенности, несмотря на то, что их зрительные органы явно приспособлены для дневного света.

Эрик Уоррент и Элмут Келбер из Лундского университета в Швеции выяснили, что у некоторых пчел в глаза есть пигментные оболочки, изолирующие омматидии друг от друга, но они тем не менее прекрасно умеют летать и искать пишу темной ночью. К примеру, в 2004 году двое ученых продемонстрировали, что пчелы-галиктиды Megalopta genalis способны ориентироваться при освещенности, в 20 раз менее интенсивной, чем звездный свет.

Но глаза пчел Megalopta genalis устроены так, чтобы хорошо видеть при свете дня, и в ходе эволюции пчелам пришлось несколько адаптировать органы зрения. После того, как сетчатка поглотила свет, эта информация передается в мозг через нервы. На этом этапе сигналы можно суммировать, чтобы увеличить яркость изображения.

У Megalopta genalis есть специальные нейроны, соединяющие омматидии в группы. Таким образом сигналы, поступающие от всех омматидиев в группе, сливаются вместе перед отправкой в мозг. Изображение получается менее резким, но существенно более ярким.

Пчела-плотник (Xylocopa tranquebarica): 0.000063 люкса

Пчелы-плотники, встречающиеся в горах под названием Западные Гаты на юге Индии, видят в темноте еще лучше. Они могут летать даже в безлунные ночи. «Они способны летать при звездном свете, в облачные ночи и при сильном ветре», — рассказывает Хема Соманатан из Индийского института научного образования и исследований в Тируванантапураме.

Соманатан обнаружила, что омматидии пчел-плотников имеют необычно большие хрусталики, да и сами глаза довольно велики в пропорции к другим частям тела. Все это помогает улавливать больше света.

Однако этого недостаточно, чтобы объяснить столь великолепное ночное зрение. Возможно, у пчел-плотников омматидии тоже объединены в группы, как и у их собратьев Megalopta genalis.

Пчелы-плотники летают не только ночью. «Я видела, как они летают днем, когда их гнезда разоряют хищники, — говорит Соманатан. — Если ослепить их вспышкой света, то они попросту падают, их зрение не в состоянии обработать большое количество света. Но потом они приходят в себя и снова взлетают».

Похоже, из всех представителей фауны пчелы-плотники наделены наиболее острым ночным зрением. Но в 2014 году появился и еще один претендент на чемпионский титул.

Таракан американский (Periplaneta americana): менее одного фотона в секунду

Напрямую сравнить тараканов с другими живыми существами не получится, потому что острота их зрения измеряется иначе. Однако известно, что их глаза необычайно чувствительны.

В серии экспериментов, описанных в 2014 году, Матти Вэкстрем из финского Университета Оулу и его коллеги выясняли, как отдельные светочувствительные клетки в омматидиях тараканов реагировали на очень низкую освещенность. Они вставили в эти клетки тончайшие электроды, сделанные из стекла.

Свет состоит из фотонов — безмассовых элементарных частиц. Человеческому глазу необходимо, чтобы в него попали как минимум 100 фотонов, чтобы что-то почувствовать. Однако рецепторы в глазах таракана реагировали на движение, даже если каждая клетка получала всего по одному фотону света каждые 10 секунд.

У таракана в каждом глазу есть 16-28 тысяч чувствительных к зеленому цвету рецепторов. По данным Вэкстрема, в условиях темноты суммируются сигналы из сотен или даже тысяч этих клеток (напомним, что у кошки работать вместе могут до 1500 зрительных палочек). Эффект этого суммирования, по словам Вэкстрема, «грандиозен», и похоже, что аналогов в живой природе он не имеет.

«Тараканы впечатляют. Меньше фотона в секунду! — говорит Келбер. — Это самое острое ночное зрение».

Но пчелы способны обставить их по крайней мере в одном отношении: американские тараканы не летают в темноте. «Управлять полетом гораздо сложнее — насекомое движется быстро, и столкновение с препятствиями представляет опасность, — комментирует Келбер. — В этом смысле пчелы-плотники наиболее удивительны. Они способны летать и добывать пищу в безлунные ночи и при этом различать цвета».

Как Вы думаете: кто видит лучше всех? Большинство людей ответит, что это какие-либо представители пернатых (чаще всего из семейства соколиных) или кошачьих. Отчасти они будут правы, т.к. хищные птицы видят дальше всех, а представители семейства видят лучше всех в темноте. Однако есть на Земле существо, которое в плане качества и остроты зрения выше всех остальных живых существ "на три головы"!

Этим существом является, обитающие только в районе Барьерного рифа около Австралии. Это довольно крупное ракообразное, их вытянутое и слегка сплющенное тело может достигать 30 см в длину. Такое название креветка получила за некоторую схожесть в поведении с одноименным насекомым. Во время ведения боя креветка-богомол может очень резко выбрасывать свои передние конечности вперед, также как и богомол.

У этого ракообразного имеется 8 типов цветовых рецепторов, плюс еще 2 рецептора служат для поляризации света , и еще один тип рецепторов, которые дополнительно увеличивают размерность цветового пространства. Удивительно, но это самый настоящий живой спектрограф; никто даже точно не знает точно, сколько цветов может различить это существо, но число это наверняка просто невероятное. И все эти цвета вмещаются в очень узкий диапазон от 0.4 до 0.65 мкм – немногим уже человеческого.

Кстати, о поляризации света, креветка-богомол способна воспринимать и преобразовывать поляризованный свет, причем как линейной так и круговой поляризации. Но тут еще у этого удивительного ракообразного есть конкуренты (к примеру пчелы также могут воспринимать свет поляризованный по кругу), а вот на что не способно больше ни одно живое существо, дак это преобразовывать линейно-поляризованный свет в свет поляризованный по кругу и наоборот.

Строение глаз этого ракообразного также весьма необычно. Во-первых, глаза фасеточные; во-вторых, каждый разделён на верхнюю и нижнюю полусферу, разделяет которые своеобразный "пояс",отвечающий за восприятие и определение цвета. Объект, наблюдаемый креветкой, видят все три части глаза; таким образом, каждый глаз по отдельности обладает тринокулярным зрением (тогда как у подавляющего большинства существ на планете зрение бинокулярное), и способен благодаря этому невероятно точно определять расстояния.

Довольно интересным фактом, является то, что современные DVD и Blu-Ray плееры работают по тому же принципу, что и глаза креветки-богомола. Чтобы считать информацию с диска, DVD или Blu-Ray плейер должен преобразовывать линейный поляризованный свет, направленный на поверхность диска, в свет, поляризованный по кругу, а затем обратно в линейно-поляризованный. Но, что уже в принципе и не удивительно креветка-богомол обладает намного более широкими возможностями. Тогда как обычный DVD плейер способен преобразовать только красный свет (Blu-Ray - только синий), глаз ракообразного способен преобразовать свет всех спектров.

Ночной европейский бражник Deilephila elpenor - это прекрасное существо, прячущееся в пернатых розовых и зеленых чешуйках, собирающее нектар в глубокой ночи. Несколько лет назад ученые обнаружили, что эта бабочка может различать цвета ночью, первое ночное животное, этим известное.

Недавно эта бабочка раскрыла еще одну из своих тайн: нейронные трюки, которые она использует, чтобы хорошо видеть при очень тусклом свете. Эти трюки, конечно, используются и другими ночными насекомыми, такими как Megalopta. Изучив физиологию нервных цепей в зрительных центрах мозга, ученые обнаружили, что Deilephila может хорошо видеть в тусклом свете, эффективно складывая фотоны, которые собирает в разных точках пространства и времени.

Это немного похоже на увеличение выдержки на камере при слабом освещении. Если позволить затвору оставаться открытым дольше, больше света достигнет датчика изображения и получит более яркое изображение. Недостатком является то, что все, что движется быстро - как проезжающий автомобиль, - не получит разрешения, поэтому насекомое его не увидит.

Нейронное суммирование

Чтобы комбинировать фотоны в пространстве, отдельные пиксели датчика изображения можно объединить в пул, создав меньшие, но большие числом «суперпиксели». Опять же, недостатком этой стратегии будет то, что даже при высокой яркости изображения оно будет размытым и лишенным четких деталей. Но для ночного животного, которое пытается жить в темноте, возможность видеть яркий, но лишенный деталей и медленный мир, будет лучше, чем не видеть вообще ничего (а это единственная альтернатива).

Физиологи показали, что нейронное суммирование фотонов во времени и пространстве чрезвычайно полезно для ночной деилефилы. При любой интенсивности ночного света, от сумерек до звезд, суммирование существенно повышает способность деилефилы хорошо видеть при тусклом свете. Фактически, благодаря этим нервным механизмам, деилефила может видеть при в 100 раз более тусклом свете, чем в противном случае. Преимущества суммирования настолько велики, что другие ночные насекомые тоже, очень вероятно, полагаются на него, чтобы хорошо видеть в ночи.

Мир, наблюдаемый ночными насекомыми, может быть не таким острым или хорошо разрешенным, как тот, что видят их активные дневные родственники. Но суммирование гарантирует, что он будет достаточно ярким, чтобы можно было перехватить добычу, долететь до гнезда и избежать препятствия. Без этой способности они были бы столь же слепыми, как и все мы.

Правообладатель иллюстрации malik CC by 2.0

Люди неплохо видят в темноте, но ночные животные, такие как кошки, дадут нам сто очков вперед. Кто же является обладателем самых чувствительных глаз? В этом попробовал разобраться корреспондент .

Человеческий глаз - одно из самых поразительных достижений эволюции. Он способен видеть мелкие пылинки и огромные горы, вблизи и вдалеке, в полном цвете. Работая в паре с мощным процессором в виде головного мозга, глаза позволяют человеку различать движение и узнавать людей по их лицам.

Одна из наиболее впечатляющих особенностей наших глаз так хорошо развита, что мы ее даже не замечаем. Когда мы входим с яркого света в полутемное помещение, уровень освещенности окружающей обстановки резко падает, но глаза адаптируются к этому почти мгновенно. В результате эволюции мы приспособилось видеть при плохом свете.

Но на нашей планете есть живые существа, которые видят в темноте гораздо лучше человека. Попробуйте почитать газету в глубоких сумерках: черные буквы сливаются с белым фоном в размытое серое пятно, в котором нельзя ничего понять. А вот кошка в аналогичной ситуации не испытывала бы никаких проблем - конечно, если бы она умела читать.

Но даже кошки, несмотря на привычку охотиться по ночам, видят в темноте не лучше всех. У существ с самым острым ночным зрением эволюционировали уникальные зрительные органы, позволяющие им улавливать буквально крупицы света. Некоторые из этих существ способны видеть в условиях, когда, с точки зрения нашего понимания физики, увидеть в принципе ничего нельзя.

Для сравнения остроты ночного зрения мы будем использовать люкс - в этих единицах измеряется количество света на квадратный метр. Человеческий глаз хорошо работает при ярком солнечном свете, когда освещенность может превышать 10 тысяч люксов. Но мы можем видеть и всего при одном люксе - примерно столько света бывает темной ночью.

Домашняя кошка (Felis catus): 0,125 люкса

Правообладатель иллюстрации Edwin Giesbers NPL

Чтобы видеть, кошкам нужно в восемь раз меньше света, чем людям. Их глаза в целом похожи на наши, но в их устройстве есть несколько особенностей, позволяющих хорошо работать в темноте.

Кошачьи глаза, как и человеческие, состоят из трех основных компонентов: зрачка - отверстия, через которое проникает свет; хрусталика - фокусирующей линзы; и сетчатки - чувствительного экрана, на который проецируется изображение.

У человека зрачки круглые, а у кошки они имеют форму вытянутого вертикального эллипса. Днем они сужаются в щелочки, а ночью раскрываются на максимальную ширину. Человеческий зрачок тоже может менять размер, но не в таких широких пределах.

Хрусталики у кошки крупнее, чем у человека, и способны собрать больше света. А за сетчаткой у них расположен отражающий слой под названием tapetum lucidum, также известный просто как "зеркальце". Благодаря ему глаза кошек светятся в темноте: свет проходит через сетчатку и отражается обратно. Таким образом свет воздействует на сетчатку дважды, давая рецепторам дополнительный шанс его поглотить.

Состав самой сетчатки у кошек тоже отличается от нашего. Есть два типа светочувствительных клеток: колбочки, различающие цвета, но работающие только при хорошем освещении; и палочки - не воспринимающие цвет, но зато работающие в темноте. У людей много колбочек, дающих нам богатое полноцветное зрение, а у котов гораздо больше палочек: 25 на одну колбочку (у людей это соотношение составляет один к четырем).

На квадратный миллиметр сетчатки у кошек приходится 350 тысяч палочек, а у человека - всего лишь 80-150 тысяч. К тому же, каждый отходящий от кошачьей сетчатки нейрон передает сигналы от примерно полутора тысяч палочек. Слабый сигнал таким образом усиливается и превращается в детальное изображение.

У такого острого ночного зрения есть и обратная сторона: в дневное время кошки видят примерно так, как люди с красно-зеленой цветовой слепотой. Они могут отличать синий от других цветов, но не видят разницы между красным, коричневым и зеленым.

Долгопят (Tarsiidae): 0.001 люкса

Правообладатель иллюстрации NLP

Долгопяты - это живущие на деревьях приматы, встречающиеся в Юго-Восточной Азии. В сравнении с остальными пропорциями тела у них, похоже, самые большие глаза из всех млекопитающих. Тело долгопята, если не брать хвост, обычно достигает в длину 9-16 сантиметров. Глаза же имеют диаметр 1,5-1,8 сантиметра и занимают почти все внутричерепное пространство.

Питаются долгопяты в основном насекомыми. Они охотятся рано утром и поздно вечером, при освещенности в 0,001-0,01 люкса. Передвигаясь по верхушкам деревьев, они должны почти в полной темноте высматривать маленькую, хорошо замаскированную добычу и при этом не падать, перепрыгивая с ветки на ветку.

Помогают им в этом глаза, в целом похожие на человеческие. Гигантский глаз долгопята пропускает много света, и его количество регулируется сильными мускулами, окружающими зрачок. Крупный хрусталик фокусирует изображение на сетчатке, усыпанной палочками: их у долгопята более 300 тысяч на квадратный миллиметр, как у кошки.

У этих больших глаз есть недостаток: долгопяты не способны ими двигать. В качестве компенсации природа наделила их шеями, поворачивающимися на 180 градусов.

Навозный жук (Onitis sp.): 0.001-0.0001 люкса

Правообладатель иллюстрации NLP

Где навоз, там обычно и навозные жуки. Они выбирают самую свежую кучу навоза и начинают в ней жить, скатывая шарики из навоза про запас или выкапывая под кучей тоннели, чтобы обустроить себе кладовую. Навозные жуки рода Onitis вылетают на поиски навоза в разное время суток.

Их глаза сильно отличаются от человеческих. Глаза у насекомых фасеточные, они состоят из множества структурных элементов - омматидиев.

У жуков, летающих днем, омматидии заключены в пигментные оболочки, поглощающие лишний свет, чтобы солнце не ослепляло насекомое. Эта же оболочка отделяет каждый омматидий от соседних. Однако в глазах у жуков, ведущих ночной образ жизни, эти пигментные оболочки отсутствуют. Поэтому свет, собранный многими омматидиями, может передаваться всего лишь к одному рецептору, что значительно повышает его светочувствительность.

Род Onitis объединяет несколько разных видов навозных жуков. В глазах у дневных видов есть изолирующие пигментные оболочки, глаза вечерних жуков суммируют сигналы от омматидиев, а у ночных видов суммируются сигналы от количества рецепторов в два раза большего, чем у вечерних. Глаза ведущего ночной образ жизни вида Onitis aygulus, к примеру, в 85 раз более чувствительны, чем глаза дневного Onitis belial.

Пчелы-галиктиды Megalopta genalis: 0.00063 люкса

Правообладатель иллюстрации

Но описанное выше правило действует не всегда. Некоторые насекомые могут видеть при очень низкой освещенности, несмотря на то, что их зрительные органы явно приспособлены для дневного света.

Эрик Уоррент и Элмут Келбер из Лундского университета в Швеции выяснили, что у некоторых пчел в глаза есть пигментные оболочки, изолирующие омматидии друг от друга, но они тем не менее прекрасно умеют летать и искать пишу темной ночью. К примеру, в 2004 году двое ученых продемонстрировали, что пчелы-галиктиды Megalopta genalis способны ориентироваться при освещенности, в 20 раз менее интенсивной, чем звездный свет.

Но глаза пчел Megalopta genalis устроены так, чтобы хорошо видеть при свете дня, и в ходе эволюции пчелам пришлось несколько адаптировать органы зрения. После того, как сетчатка поглотила свет, эта информация передается в мозг через нервы. На этом этапе сигналы можно суммировать, чтобы увеличить яркость изображения.

У Megalopta genalis есть специальные нейроны, соединяющие омматидии в группы. Таким образом сигналы, поступающие от всех омматидиев в группе, сливаются вместе перед отправкой в мозг. Изображение получается менее резким, но существенно более ярким.

Пчела-плотник (Xylocopa tranquebarica): 0.000063 люкса

Правообладатель иллюстрации BSIP SA Alamy

Пчелы-плотники, встречающиеся в горах под названием Западные Гаты на юге Индии, видят в темноте еще лучше. Они могут летать даже в безлунные ночи. "Они способны летать при звездном свете, в облачные ночи и при сильном ветре", - рассказывает Хема Соманатан из Индийского института научного образования и исследований в Тируванантапураме.

Соманатан обнаружила, что омматидии пчел-плотников имеют необычно большие хрусталики, да и сами глаза довольно велики в пропорции к другим частям тела. Все это помогает улавливать больше света.

Однако этого недостаточно, чтобы объяснить столь великолепное ночное зрение. Возможно, у пчел-плотников омматидии тоже объединены в группы, как и у их собратьев Megalopta genalis.

Пчелы-плотники летают не только ночью. "Я видела, как они летают днем, когда их гнезда разоряют хищники, - говорит Соманатан. - Если ослепить их вспышкой света, то они попросту падают, их зрение не в состоянии обработать большое количество света. Но потом они приходят в себя и снова взлетают".

Похоже, из всех представителей фауны пчелы-плотники наделены наиболее острым ночным зрением. Но в 2014 году появился и еще один претендент на чемпионский титул.

Таракан американский (Periplaneta americana): менее одного фотона в секунду

Правообладатель иллюстрации USGS Bee Inventory and Monitoring Lab CC by 2.0

Напрямую сравнить тараканов с другими живыми существами не получится, потому что острота их зрения измеряется иначе. Однако известно, что их глаза необычайно чувствительны.

В серии экспериментов, описанных в 2014 году, Матти Вэкстрем из финского Университета Оулу и его коллеги выясняли, как отдельные светочувствительные клетки в омматидиях тараканов реагировали на очень низкую освещенность. Они вставили в эти клетки тончайшие электроды, сделанные из стекла.

Свет состоит из фотонов - безмассовых элементарных частиц. Человеческому глазу необходимо, чтобы в него попали как минимум 100 фотонов, чтобы что-то почувствовать. Однако рецепторы в глазах таракана реагировали на движение, даже если каждая клетка получала всего по одному фотону света каждые 10 секунд.

У таракана в каждом глазу есть 16-28 тысяч чувствительных к зеленому цвету рецепторов. По данным Вэкстрема, в условиях темноты суммируются сигналы из сотен или даже тысяч этих клеток (напомним, что у кошки работать вместе могут до 1500 зрительных палочек). Эффект этого суммирования, по словам Вэкстрема, "грандиозен", и похоже, что аналогов в живой природе он не имеет.

"Тараканы впечатляют. Меньше фотона в секунду! - говорит Келбер. - Это самое острое ночное зрение".

Правообладатель иллюстрации USGS Bee Inventory and Monitoring Lab CC by 2.0

Но пчелы способны обставить их по крайней мере в одном отношении: американские тараканы не летают в темноте. "Управлять полетом гораздо сложнее - насекомое движется быстро, и столкновение с препятствиями представляет опасность, - комментирует Келбер. - В этом смысле пчелы-плотники наиболее удивительны. Они способны летать и добывать пищу в безлунные ночи и при этом различать цвета".