15.9E: Зір у членистоногих

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5624

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Око членистоногих (наприклад, комах, ракоподібних) побудовано зовсім інакше, ніж очей хребетних (і молюска). Членистоногі очі називаються складними очима, оскільки вони складаються з повторюваних одиниць, омматидій, кожен з яких функціонує як окремий зоровий рецептор. Кожен омматідіум складається з

лінза (передня поверхня якої становить єдину фасету)
прозорий кристалічний конус
світлочутливі зорові клітини, розташовані в радіальному малюнку, подібному до ділянок апельсина
пігментні клітини, які відокремлюють омматидій від сусідів.

Пігментні клітини гарантують, що тільки світло, що надходить в омматидій паралельно (або майже так) його довгій осі, досягає зорових клітин і запускає нервові імпульси. Таким чином, кожен омматидій спрямований лише на одну область в просторі і вносить інформацію лише про одну невелику площу в поле зору. У складному оці можуть бути тисячі омматідій, їх грані поширюються по більшій частині поверхні півкулі.

Фото, люб'язно надано Carolina Biologal Supply Company, показує складне око Drosophila melanogaster. Складом усіх їхніх відповідей є мозаїчне зображення — візерунок світлих і темних точок, скоріше, як напівтонові ілюстрації в газеті чи журналі. І так само, як і в цих носіях, чим тонший візерунок точок, тим краща якість зображення.

Фотографія голови жука-черв'яка (_Anobium punctatum_), на якій зображено складне око та омматидії. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Фотографія голови жука-деревоїда (Anobium punctatum), на якій зображено складне око та омматидії. Фотографія від Siga за ліцензією Creative Commons.

1280px - Комаха_сполуки око діаграма.svg.png — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Фотографія голови жука-деревоїда (Anobium punctatum), на якій зображено складне око та омматидії. Фотографія від Siga за ліцензією Creative Commons.

Очі коника, з відносно невеликою кількістю омматідій, повинні видавати грубе, зернисте зображення. Медоносна бджола та бабка мають набагато більше омматідій та відповідне поліпшення їх здатності розрізняти («вирішувати») деталі. Незважаючи на це, роздільна здатність ока медоносної бджоли є поганою порівняно з очима більшості хребетних і лише 1/60 настільки ж добре, як у людського ока; тобто два об'єкти, які ми могли б розрізнити на відстані 60 футів (18 м), могли бути дискриміновані бджолою лише на відстані однієї ноги (0,3 м).

Ефект мерехтіння

З'єднане око відмінно виявляє рух. Коли об'єкт переміщається по зоровому полю, омматидії поступово вмикаються і вимикаються. Через отриманого «ефекту мерехтіння» комахи набагато краще реагують на рухомі об'єкти, ніж стаціонарні. Наприклад, медоносні бджоли будуть відвідувати вітрові квіти охочіше, ніж нерухомі.

Роздільна здатність і чутливість

Членистоногі, які здатні бути активними при слабкому освітленні (наприклад, раки, богомол), концентрують скринінгові пігменти своїх омматідій в нижніх кінцях пігментних клітин. Цей зсув дозволяє світлу, що надходить в один омматідій під кутом, переходити в сусідні омматидії і стимулювати їх також. При багатьох омматідіях, що реагують на одну область в полі зору, зображення стає грубішим. Богомол, ймовірно, може зробити трохи більше, ніж розрізнити світле і темне ввечері.

Зсув пігментів, однак, робить його більш чутливим до світла, ніж у денний час, оскільки більше омматидій може виявити задану область світла.

Кольорове зір

Деякі комахи здатні розрізняти забарвлення. Для цього потрібні два або більше пігментів, кожен з яких найкраще поглинає на різній довжині хвилі. У медоносної бджоли:

чотири зорові клітини в кожному омматідіумі найкраще реагують на жовто-зелене світло (544 нм)
два максимально реагують на синє світло (436 нм)
інші два найкраще реагують на ультрафіолетове світло (344 нм)

Ця система повинна дозволяти медоносної бджолі розрізняти кольори (крім червоного) і малюнок\(\PageIndex{2}\) показує - поведінкові дослідження підтверджують це.

альт — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Кольорове зір у бджіл Надано доктором М.Реннером

На наведеному вище зображенні показана демонстрація кольорового зору у медоносних бджіл. Після періоду годування з тарілки, розміщеної на синьому картоні, бджоли повертаються в порожній посуд на чисту синю карту. Вони здатні відрізнити блакитну карту від інших різних відтінків сірого.

Ультрафіолетове зір

Чому ультрафіолетове зір? Трубки телевізійних камер також чутливі до ультрафіолету, а також видимого світла, але їх скляна лінза непрозора до ультрафіолету. (Ось чому ви не можете засмагнути або синтезувати кальциферол Вітамін D ₂) від сонячного світла, що проходить через віконне скло.) Використовуючи спеціальну ультрафіолетово-передає лінзу (рис.\(\PageIndex{3}\)), багато комахозапилювані квітки з'являються медоносної бджолі зовсім не так, як вони нам здаються. Різкі контрасти між квітами, які здаються схожими на нас, частково пояснюють ефективність, з якою медоносні бджоли забезпечують нектар лише від одного виду квітів одночасно, навіть коли інші види також цвітуть.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Зображення квітки Mimulus у видимому світлі (ліворуч) та ультрафіолетовому світлі (праворуч), що показують темний нектар, який видно бджолам, але не для людей. (CC BY-SA 3.0; Рослинтерфер).

Метелики-монархи, які можуть мігрувати аж 2500 миль (> 4000 км), орієнтуються за допомогою ультрафіолетового світла від сонця. Коли їх погляд на сонце проходить через фільтр, який блокує лише його ультрафіолетові промені, їх шлях польоту стає дезорієнтованим. Ультрафіолетове зір не обмежується тваринами зі складними очима. Кілька сумчастих, гризунів, кажана, яка харчується нектаром, і багато птахів також показали, що мають ультрафіолетовий зір.