С точки зрения насекомого.

Ещё в далёком детстве многие из нас задавались столь пустяковыми, казалось бы, вопросам о насекомых, вроде таких, как: сколько глаз у обыкновенной мухи, почему паук плетёт паутину, а оса может укусить.

Наука энтомология имеет ответы практически на любые из них, но сегодня мы призовём знания исследователей природы и поведения для того, чтобы разобраться с вопросом, что собой являет зрительная система этого вида.

Мы проанализируем в этой статье, как видит муха и почему это назойливое насекомое так трудно прихлопнуть мухобойкой или поймать ладошкой на стене.

Комнатная жительница

Комнатная или домашняя муха относится к семейству настоящих мух. И пусть тема нашего обзора касается всех видов без исключения, мы позволим себе для удобства рассматривать всё семейство на примере именно этого столь хорошо всем знакомого вида домашних нахлебников.

Обыкновенная домашняя муха является весьма непримечательным внешне насекомым. Она имеет серо-чёрную окраску туловища, с некоторыми намёками на желтизну в нижней части брюшка. Длина взрослой особи редко превышает 1 см. Насекомое имеет две пары крыльев и фасеточные глаза.

Фасеточные глаза — в чём суть?

Зрительная система мухи включает в себя два больших глаза, расположенных по краям головы. Каждый из них имеет сложную структуру и состоит из множества мелких шестигранных фасеток, отсюда и название такого типа зрения, как фасеточное.

Всего мушиный глаз имеет в своей структуре более 3,5 тысячи таких микроскопических составляющих. И каждая из них способна улавливать лишь мизерную часть общего изображения, передавая информацию о полученной мини-картинке в мозг, который собирает все пазлы этой картины воедино.

Если сравнивать фасеточное зрение и бинокулярное, которым располагает человек, например, можно быстро убедиться в том, что предназначение и свойства каждого диаметрально противоположны.

Более развитым животным свойственно концентрировать зрение на определённой узкой области или на конкретном объекте. Насекомым же важно не столько видеть конкретный предмет, сколько быстро ориентироваться в пространстве и замечать приближение опасности.

Почему её так сложно поймать?

Этого вредителя действительно очень непросто застать врасплох. Причина не только в повышенной реакции насекомого в сравнении с медлительным человеком и способности срываться с места практически мгновенно. Главным образом, столь высокий уровень реакции обусловлен своевременным восприятием мозга этого насекомого изменений и движений в радиусе обзора его глаз.

Зрение мухи позволяет ей видеть практически на 360 градусов. Такой тип зрения называется ещё панорамным. То есть каждый глаз даёт обзор на 180 градусов. Этого вредителя практически нельзя застать врасплох, даже если подходить к ней сзади. Глаза этого насекомого позволяют контролировать всё пространство вокруг неё, тем самым обеспечивая стопроцентную круговую зрительную оборону.

Есть ещё интересная особенность зрительного восприятия мухой палитры цветов. Ведь почти все виды иначе воспринимают те или иные цвета, привычные нашему глазу. Некоторые из них насекомые не различают вообще, другие выглядят для них иначе, в других тонах.

Кстати, помимо двух фасеточный глаз, у мухи имеются ещё три простых глаза. Они расположены в промежутке между фасеточными, на лобной чисти головы. В отличие от сложных глаз, эти три используются насекомым для распознавания того или иного объекта в непосредственной близости.

Таким образом, на вопрос, сколько все-таки глаз у обыкновенной мухи, можем теперь смело ответить – 5. Два сложных фасеточных, разделённых на тысячи омматидиев (фасеток) и предназначенных для максимально обширного контроля за изменениями окружающей среды вокруг неё, и три простых глаза, позволяющих, что называется, наводить резкость.

Взгляд на мир

Мы уже говорили, что мухи дальтоники, и различают либо не все цвета, либо видят привычные нам предметы в других цветовых тонах. Также этот вид способен различать ультрафиолет.

Следует ещё сказать, что при всей уникальности своего зрения эти вредители практически не видят в темноте. Ночью муха спит, поскольку её глаза не позволяют этому насекомому промышлять в тёмное время суток.

А ещё эти вредители имеют свойство хорошо воспринимать только более мелкие и находящиеся в движении объекты. Насекомое не различает такие большие предметы, как человек, например. Для мухи это не более чем ещё одна часть интерьера окружающей среды.

А вот приближение руки к насекомому его глаза прекрасно улавливают и своевременно дают нужный сигнал мозгу. Так же, как и увидеть любую другую стремительно надвигающуюся опасность не составит труда этим пронырам, благодаря сложной и надёжной системе слежения, которой снабдила их природа.

Заключение

Вот мы и проанализировали, как выглядит мир глазами мухи. Теперь мы знаем, что эти вездесущие вредители обладают, как и все насекомые, удивительным зрительным аппаратом, позволяющим им не терять бдительности, и в светлое время суток держать круговую наблюдательную оборону на все сто.

Зрение обыкновенной мухи напоминает сложную систему слежения, включающую в себя тысячи мини-камер наблюдения, каждая из которых предоставляет насекомому своевременную информацию о том, что происходит в ближайшем диапазоне.

Мы ограниченны нашими собственными представлениями. Восприятие реальности происходит за счет функции различных органов, и лишь не многие понимают, что это довольно-таки ограниченное видение. Может быть мы видим очень тусклую версию истинной реальности, из-за того что органы чувств несовершенны. На самом деле мы не можем видеть мир, глазами других форм жизни. Но благодаря науке мы можем приблизиться к этому. Изучая, можно выявить, как построены глаза других животных и как они функционируют. Например, сравнивая с нашим зрением, выявляя число колбочек и палочек или формы их глаз или зрачков. И это, хоть как то приблизит к тому миру, не опознанному нами.

Как видят птицы

Птицы имеют четыре типа колбочек, или так называемых светочувствительных рецепторов, тогда как у человека только три. А область зрения достигает до 360%, если сравнить с человеком, то его равняется 168%. Это позволяет птицам визуализировать мир с совершенно другой точки зрения и гораздо насыщенней, чем восприятие человеческого зрения. Так же большинство птиц может видеть в ультрафиолетовом спектре. Необходимость в таком зрении возникает, когда они добывают себе пищу. Ягоды и другие плоды имеют восковое покрытие, которое отражает ультрафиолетовый цвет, делая их выделяющимися на фоне зеленой листвы. Некоторые насекомые также отражают ультрафиолетовый свет, давая птицам неоспоримое преимущество.

Слева - так видит наш мир птица, справа - человек.

Как видят насекомые

Насекомые имеют сложное строение глаза, состоящего из тысяч линз, образующих поверхность схожую с футбольным мячом; в котором каждая линза - это один «пиксель». Как и мы, насекомые имеют три светочувствительных рецепторов. Восприятие цвета у всех насекомых разное. Например, некоторые из них, бабочки и пчелы, могут видеть в ультрафиолетовом спектре, где длина световой волны варьируется между 700 hm и 1 мм. Способность видеть ультрафиолетовый цвет позволяет пчелам видеть узор на лепестках, который направляет их к пыльце. Красный - это единственная окраска, которая не воспринимается пчелами как цвет. Поэтому в природе редко встречаются цветы чисто красного цвета. Еще один удивительный факт - пчела не может закрывать глаза, и поэтому спит с открытыми глазами.

Слева - так видит наш мир пчела, справа - человек. А вы знали? У богомолов и стрекоз самое большое количество линз и эта цифра доходит до 30 000.

Как видят собаки

Полагаясь на устаревшие данные многие, до сих пор полагают, что собаки видят мир в черно-белых красках, однако это ошибочное мнение. Совсем недавно ученые обнаружили, что у собак цветное зрение, как и у человека, но оно отличается. Колбочек содержащихся в сетчатке глаза меньше, в сравнение с человеческим глазом. Именно они отвечают за цветовосприятие. Особенностью зрения является отсутствия колбочек распознающих красный цвет, поэтому они не могут различать оттенки между желто-зелеными и оранжево-красными цветами. Это схоже с дальтонизмом у людей. За счет большего количества палочек, собаки способны видеть в темноте в пять раз лучше, чем мы. Еще одной особенностью зрения является возможность определения дистанции, что очень помогает им в охоте. Но в близком расстоянии они видят расплывчато, им необходима дистанция 40 см для того, чтобы увидеть объект.

Сравнение, как видят собака и человек.

Как видят кошки

Кошки не могут сфокусироваться на мелких деталях, поэтому видят мир чуть размытым. Им намного проще воспринимать объект в движении. А вот мнения по поводу того, что кошки способны видеть в абсолютной темноте не нашел подтверждения исследованиями ученых, хотя в темноте они видят гораздо лучше, чем днем. Наличие у кошек третьего века помогает им пробираться сквозь кусты и траву во время охоты, оно смачивает поверхность и защищает от пыли и повреждений. Близко его можно рассмотреть, когда кошка полу дремлет и пленка выглядывает сквозь полузакрытые глаза. Еще одной особенностью кошачьего зрения является особенность различать цвета. Например, главные цвета - это голубой, зеленый, серый, а белый и желтый могут и путать.

Как видят змеи

Остротой зрения, как другие животные змеи не блещут, так как их глаза покрыты тонкой пленкой, из-за которой видимость получается мутной. Когда змея сбрасывает кожу, вместе с ней сходит пленка, что делает зрение змей в этот период особенно отчетливым и острым. Форма зрачка змеи может меняться в зависимости от образа охоты. Например, у ночных змей он вертикальный, а у дневных круглой формы. Самыми необычными глазами обладают плетевидные змеи. Их глаза напоминают чем-то замочную скважину. Из-за такого необычного строения глаз змея умело пользуется своим бинокулярным зрением - то есть каждый глаз формирует цельную картинку мира. Глаза змеи могут воспринимать инфракрасное излучение. Правда, они «видят» тепловое излучение не глазами, а специальными чувствительными к теплу органами.

Как видят ракообразные

Креветки и крабы, у которых тоже сложные глаза, имеют не до конца изученную особенность - они видят очень мелкие детали. Т.е. их зрение довольно грубое, и им тяжело что-либо рассмотреть на расстоянии больше 20 см. Однако они очень хорошо распознают движение.

Неизвестно, зачем раку-богомолу нужно превосходящее остальных ракообразных зрение, однако так оно развилось в процессе эволюции. Считается, что у раков-богомолов наиболее сложное цветовое восприятие - у них есть 12 типов зрительных рецепторов (у людей только 3). Эти зрительные рецепторы располагаются на 6 рядах разнообразных рецепторов-омматидий. Они позволяют раку воспринимать циркулярно-поляризованный свет, а также гиперспектральный цвет.

Как видят обезьяны

Цветовое зрение человекообразных обезьян трихроматическое. У дурукулей, ведущих ночую жизнь, монохроматическое - с таким лучше ориентироваться в темноте. Зрение обезьян определяется образом жизни, питанием. Обезьяны по цвету различают съедобное и несъедобное, узнают степень зрелости плодов и ягод, избегают ядовитых растений.

Как видят лошади и зебры

Лошади крупные животные, поэтому им необходимы широкие возможности органов зрения. У них превосходное периферическое зрение, которое позволяет им видеть почти все, что находиться вокруг. Вот почему их глаза направлены в стороны, а не прямо как у людей. Но это так же означает, что перед носом у них слепое пятно. И они всегда видят все из двух частей. Зебры и лошади видят ночью лучше, чем человек, но видят они в основном в серых оттенках.

Как видят рыбы

Каждый вид рыб видит по-разному. Вот, например акулы. Кажется, что глаз акулы очень похож на человеческий, но действует он совершенно по-другому. Акулы не различают цвета. У акулы есть дополнительный отражающий слой за сетчаткой глаза, благодаря чему она обладает невероятной остротой зрения. Акула видит в 10 раз лучше человека в чистой воде.

Говоря в целом о рыбах. В основном рыбы не способны видеть дальше 12 метров. Различать объекты они начинают на расстоянии двух метров от них. У рыб о отсутствуют веки, но тем не менее, они защищены специальной пленкой. Еще одна из особенностей зрения - способность видеть за пределами воды. Поэтому рыболовам не рекомендуется надевать яркой одежды, которая может вспугнуть.

Если рассматривать глаз насекомого под сильным увеличительным стеклом, то мы увидим, что состоит он из мельчайшей круглой решетки. А кажется это по той причине, что глаз насекомого состоит из множества маленьких глазков, на научном языке называемых «фасетками». Сегодня пробуем понять, почему у насекомых глаза круглые, как видят насекомые окружающие их предметы? Эти так часто интересуют ребенка, но ?

Особенности строения органов зрения

Глаза насекомых разделяют на три вида:

сложные (фасеточные);
простые;
личиночные.

Строение таких глаз отличается, и видеть ими насекомые способны неодинаково.

Сложное строение глаз преобладает у максимального количества насекомых, зависит от развития самого живого существа. Такие глаза состоят из множественных отдельных структурных элементов – омматидиев.

Через них проводится, преломляется свет, воспринимаются зрительные сигналы. Каждый отдельный омматидий отличается наличием аппарата пигментного изолирования, который целиком или частично предохраняет от попадания бокового света.

Омматидии разделяют на два основных вида, что влияет на особенности строения глаз.

Аппазиционный глаз имеет изолированные омматидии. Каждый из них способен работать индивидуально от остальных, видя только определенную часть окружающего пространства. Картинка складывается в мозгу насекомого, словно мельчайшая мозаика.
Во второй группе – суперпозиционной, омматидии, правда частично, но имеют защищенность от боковых лучей. Это несколько мешает насекомым видеть при интенсивности света, но улучшает зрение в сумерках.

К простым глазам относятся органы зрения, которые имеются у некоторых насекомых и располагаются, как правило, на верхней части головы.

Строение таких глаз существенно упрощено, видят они слабее остальных. Есть мнение, что такие глаза полностью лишены зрительной возможности, и только несут ответственность за улучшение функций сложных глаз.

И если закрасить насекомому фасеточные , оно не сможет ориентироваться в пространстве, даже имея хорошо выраженные глазки простого строения.

Личиночными глазами называют органы зрения, которые имеют личинки насекомых, обладающие возможностью полностью превращаться в сложные глаза. Структура их несколько упрощена, что не позволяет насекомому хорошо видеть.

Отличительные особенности зрения насекомых

Зрение насекомых изучается давно. Благодаря повышенному интересу ученых специалистов, удалось выяснить массу отличительных особенностей, связанных с работоспособностью глаз.

И все равно, строение зрительных органов настолько различно, что качество восприятия изображения, цветность, объемы, движение у разных групп насекомых отличается. На это влияют некоторые факторы:

сложный глаз отличается структурным строением омматидиев и численностью, выпуклостью, расположением и формами;
простые глаза и стеммы отличаются числом и тонкостью строения, имея огромное количество вариантов.

Глаза насекомых с разной численностью омматидиев:

у муравья имеется 6000 фасеток
у мухи 4000
у жуков 9000
у бабочек 17000
и самый сложный глаз у стрекозы имеет 28000- 30000 фасеток.

Насекомые видят по-разному: доступный для зрения лучевой спектр понижен с левой стороны, и увеличен с правой.

У стрекозы только нижние фасетки различают цвета, верхние различают форму. Глаза стрекозы занимают большую часть головы, поэтому стрекоза способна видеть — чувствовать, то что происходит у нее за спиной. Стрекоза не видит объект, а чувствует его тепло, видит в инфракрасном диапазоне.

Насекомые умеют отличать формы, но происходит это не так, как у человека. Бабочки и пчелы игнорируют круг или овал, но привлекутся радиальным строением, напоминающим цветочный венчик. Предмет, отличающийся сложностью фигуры и игры теней, привлечет внимание гораздо оперативней. Интересно и то, что пчелам нравятся предметы, отличающиеся малыми размерами.
Примечательно, что насекомые способны «узнавать» предметы даже по расположению.

Глаз насекомого при большом увеличении похож на мелкую решетку.

Это потому, что глаз насекомого состоит из множества маленьких "глазков"-фасеток. Глаза насекомых называют фасеточными . Крошечный глазок-фасетка называется омматидий . Омматидий имеет вид длинного узкого конуса, основание которого - линза, имеющая вид шестигранника. Отсюда и название фасеточного глаза: facette в переводе с французского означает "грань" .

Пучок омматидиев составляет сложный, круглый, глаз насекомого.

Каждый омматидий имеет очень ограниченное поле зрения: угол обзора омматидиев в центральной части глаза - всего около 1°, а по краям глаза - до 3°. Омматидий «видит» только тот крошечный участок находящегося перед глазами предмета, на который он "нацелен", то есть куда направлено продолжение его оси. Но так как омматидии тесно прилегают друг к другу, а их оси в круглом глазу расходятся лучеобразно, то весь сложный глаз охватывает предмет в целом. Причём изображение предмета получается в нем мозаичным, то есть составленным из отдельных кусочков.

Число омматидиев в глазу у разных насекомых различно. У рабочего муравья в глазу всего около 100 омматидиев, у комнатной мухи - около 4000, у рабочей пчелы - 5000, у бабочек - до 17 000, а у стрекоз - до 30 000! Таким образом, у муравья зрение весьма посредственное, тогда как огромные глаза стрекозы - два радужных полушария - обеспечивают максимальное поле зрения.

Из-за того, что оптические оси омматидиев расходятся под углами 1-6°, четкость изображения насекомых не очень высока: мелких деталей они не различают. Кроме того, большинство насекомых близоруки: видят окружающие предметы на расстоянии лишь нескольких метров. Зато фасеточные глаза отлично умеют различать мелькания (мигания) света с частотой до 250–300 герц (для человека предельная частота около 50 герц). Глаза насекомых способны определять интенсивность светового потока (яркость), а кроме того, они обладают уникальной способностью: умеют определять плоскость поляризации света. Эта способность помогает им ориентироваться, когда солнца не видно на небосклоне .

Насекомые различают цвета, но совсем не так, как мы. Например, пчелы «не знают» красного цвета и не отличают его от чёрного, но зато воспринимают невидимые для нас ультрафиолетовые лучи, которые расположены на противоположном конце спектра . Ультрафиолет различают также некоторые бабочки, муравьи и другие насекомые. Кстати, именно слепостью насекомых-опылителей нашей полосы к красному цвету объясняется любопытный факт, что среди нашей дикорастущей флоры нет растений с алыми цветками.

Свет, идущий от солнца, не поляризован, то есть его фотоны имеют произвольную ориентацию. Однако, проходя через атмосферу, свет поляризуется в результате рассеивания молекулами воздуха, и при этом плоскость его поляризации всегда направлена на солнце

Кстати...

Кроме фасеточных глаз у насекомых есть еще три простых глазка диаметром 0,03-0,5 мм, которые располагаются в виде треугольника на лобно-теменной поверхности головы. Эти глазки не приспособлены для различения объектов и нужны для совсем другой цели. Они измеряют усредненный уровень освещенности, который при обработке зрительных сигналов используется в качестве точки отсчета («ноль-сигнала»). Если заклеить насекомому эти глазки, оно сохраняет способность к пространственной ориентации, но летать сможет только при более ярком свете, чем обычно. Причина этого в том, что заклеенные глазки принимают за «средний уровень» черное поле и тем самым задают фасеточным глазам более широкий диапазон освещенности, а это, соответственно, снижает их чувствительность.

Мозг мухи вряд ли больше, чем отверстие в швейной иголке. Но муха, обладая таким мозгом, умудряется обработать более ста статических изображений (кадров) в секунду. Как известно, у человека предел - примерно 25 кадров в секунду. А муха нашла более простой и эффективный способ обработки изображений. И это не могло не заинтересовать исследователей в области робототехники.

Обнаружено, что мухи обрабатывают 100 кадров в секунду. И это позволяет им во время полета обнаружить препятствие в течение нескольких миллисекунд (миллисекунда – это одна тысячная секунды). В частности, исследователи сфокусировали своё внимание на оптических потоках, которые они назвали "оптические полевые потоки ". Похоже на то, что это оптическое поле обрабатывается только первым слоем нейронов. Они обрабатывают “грубый” исходный сигнал от каждого мушиного “пикселя” . И пересылают обработанную информацию на следующий слой нейронов. И, как утверждают исследователи, этих вторичных нейронов всего лишь 60 штук в каждом полушарии мушиного мозга. Тем не менее, мушиному мозгу удаётся уменьшить или раздробить поле зрения на множество протекающих последовательно “векторов движения”, которые дают мухе вектор направления движения и “мгновенную” скорость. И что интересно, то, что муха это всё видит!

Мы, люди (и не все), знаем что такое вектор и мгновенная скорость. А муха об этих вещах, естественно, не имеет никакого понятия. И таким способностям мозга мухи обрабатывать огромное количество информации можно только позавидовать. А почему мы видим всего лишь примерно 50 кадров в секунду, а муха 100? Трудно сказать, но есть разумные предположения на этот счёт. Как взлетает муха? Почти “мгновенно”, с огромным ускорением. Мы такую перегрузку врадли бы выдержали. Но можно создать роботизированный мозг, который по скорости обработки информационных потоков не уступит мозгу мухи.

Чтобы попытаться понять, как крошечный мушиный мозг может обрабатывать такое огромный поток информации, исследователи в Мюнхене создали “симулятор полета” для мухи. Муха могла летать, но удерживалось на привязи. Электроды регистрировали реакцию клеток мозга мухи. А исследователи пытались понять, что же происходит в мозге мухи во время полёта.

Первые результаты очевидны. Мухи обрабатывают изображения от их неподвижных глаз совсем не так, как это делает человек. При перемещении мухи в пространстве, в ее мозге формируются “оптические полевые потоки” (optical flux fields), которые и дают мухе направление движения.

Как бы это видел человек? Например, при движении вперёд, окружающие объекты мгновенно бы разбегались по сторонам. А объекты в поле зрения казались бы большими, чем они есть на самом деле. И казалось бы, что ближайшие и удалённые объекты перемещаются по-разному.

Скорость и направление, с которыми объекты мелькают перед мушиными глазами, генерируют типичные шаблоны векторов движения – полевые потоки. Которые на втором этапе обработки изображения достигают так называемой "lobula plate" – центра зрения более высокого уровня. В каждом полушарии мозга мухи есть всего лишь 60 нервных клеток, ответственных за зрение. Каждая из этих нервных клеток реагирует только на сигнал с определенной интенсивностью.

Но для анализа оптических потоков важна информация, поступающая от двух глаз одновременно. Эту связь обеспечивают особые нейроны, называемые “VS cells”. Они и позволяют мухе точно оценить своё местоположение в пространстве и скорость полёта. Похоже на то, что “VS cells” ответственны за распознавание и реакцию на вращающий момент, действующий на муху во время её манёвров в полёте.

Исследователи в области робототехники работают над тем, чтобы разработать роботов, которые могут наблюдать окружающую среду при помощи цифровых камер, изучать то, что они видят и адекватно реагировать на изменение текущей ситуации. И эффективно и безопасно общаться и взаимодействовать с людьми.

Например, уже ведутся разработки маленького летающего робота, положение и скорость полёта которого будет контролироваться при помощи компьютерной системы, имитирующей зрение мухи.