зір тварин

Зір людини не розрізняє багатьох характеристик світла, помітних іншим тваринам [1].

Найдосконалішими очима в природі Землі мають представники загону раків-богомолів. В оці людини три типи колбочок, кожна відповідає за один колір, а у раків-богомолів - 12 [Потрібен джерело] [?]. Раки-богомоли відмінно бачать ультрафіолетовий і поляризацію.

Поле зору [ред]

Поле зору кішки.

Положення очей на голові і величина кутів полів зору пов'язані з екологією виду. Можна виділити два основних типи зору: панорамне і стереоскопічне. Панорамне зір з великим полем дозволяє потенційним жертвам (бабаки, ховрахи, зайці, копитні і т. П.) Вчасно помітити небезпеку. Воно сягає у гризунів 360 °, у копитних 300-350 °. З іншого боку, великі розміри бінокулярного поля, тобто стереоскопічний зір, дозволяє приматам або білків здійснювати тонкі координовані рухи передніми кінцівками, стрибки, легко пересуватися по деревах. Хижакам бінокулярний сприйняття об'єктів полювання допомагає правильно оточити відстань до наміченої жертви. Різна стратегія піщедобиванія (кішки і частково ведмеді - несподівані різкі стрибки із засідки, вовки - більш-менш тривалий переслідування, куньи - тривалий і ретельне обстеження мисливського ділянки) в деякій мірі може бути пов'язана і зі стереоскопічним зором. Тобто, чим більше очі зміщені у фронтальну площину, тим легше виявити жертву і вибрати оптимальну траєкторію нападу. У вовків, койотів, лисиць, шакалів кут бінокулярного поля дорівнює 65-75 °, у куньіх дещо менше - 55-65 °; у ведмедів, навпаки, більше - 80-85 °. Дуже велике це поле у кішок. У них зорові осі обох очей майже паралельні, і поле зору двома очима досягає 120 °.

Загальна поле зору у птахів досягає більше 300 ° (поле зору кожного ока птаха 150-170 °, тим самим на 50 ° більше, ніж у людини). Зір у птахів переважно монокулярное і бічне (латеральне). Бінокулярний зір властиво тільки совам. Його загальна поле у них обмежена приблизно 70 градусами. У той же час у сов очі абсолютно нерухомі, що заповнюється рухливістю шиї (близько 270 °).

Будова очі [ред]

Схематичне зображення екстерорецепторов черепахи. UV - ультрафіолетова колбочка; B - синя колбочка; DC - подвійна колбочка; G - зелена колбочка; R - червона колба; Rod - паличка.

У більшості ссавців число видів колірних рецепторів колб дорівнює двом. Вважають, що предки ссавців - дрібні гризуни - вели нічний спосіб життя і компенсували цю втрату значним розвитком сутінкового зору (за допомогою рецепторів - паличок). Зокрема, у собаки не бачать червоний колір. [2]

Очі людини містять 3 види колбочок: червоні, сині та зелені. Однак цим різноманітність колб не обмежується:

R чутливі до довгохвильовому випромінювання - червоному і оранжевому кольорах
G - до середньохвильова (жовтому і зеленому)
B реагують на блакитний, синій і фіолетовий кольори
UV дозволяють бачити в ультрафіолетовому діапазоні
DC - подвійна колбочка, реагує на рух, зміна інтенсивності падаючого на нього світла.

Вважається, що кольоровий зір у птахів, що ведуть денний спосіб життя, забезпечується великою кількістю колб різного типу в сітківці. Встановлено, що найбільше в ній подвійних колб - 40,7% (клітини, що реагують на рух), далі зелених - 21,1%, червоних - 17,1%, синіх - 12,6% і фіолетових - 8,5% ).

Нічний зір [ред]

«Світіння очей» - віддзеркалення світла від тапетума.

Колбочки відповідальні за денний зір, при яскравому освітленні, а палички функціонують переважно при слабкому освітленні, несприйнятливі до кольору, забезпечують чорно-біле сутінковий зір.

У тварин з нічним способом життя часто присутня особлива відбивна оболонка, розташована позаду сітківки - тапетум. Він виконує роль біологічної відбиває системи, необхідної насамперед для нічного зору. Велика частина світла потрапляє в око, проходить крізь сітківку, і лише невеликий відсоток його викликає реакцію чутливих клітин. Тапетум направляє минулі сітківку фотони назад, змушуючи їх ще раз впливати на рецепторні клітини. Таким чином значно підвищується чутливість очі, так як світло фактично виявляється «використаним» двічі. В умовах сутінків (малої інтенсивності освітлення) така подвійна стимуляція фоторецепторів виявляється дуже цінною, але при яскравому освітленні підвищена чутливість сітківки негативно позначається на зорової активності. Наявність тапетума обумовлює ефект «світіння очей» у багатьох тварин. Насправді очі не світяться, а лише відбивають світло, що потрапив в них, тому в повній темряві помітити даний ефект неможливо. Колір «світіння» залежить від конкретного пігменту, присутнього в Тапетум: очі кішки в темряві виблискують зеленим, як і очі деяких павуків, очі ракоподібних (краби, креветки) мають червоно-фіолетову гамму світіння, деяких риб - молочно-білу.

Тапетум обумовлює вкрай високу пристосованість кішок до сутінкового зору: чутливість їх очей в 7 разів вище, ніж у людини.

Інфрачервоний [ред]

Інфрачервоне випромінювання - тобто «нижче червоного» - відрізняється більшою довжиною хвилі, ніж видиме світло; навіть більшою, ніж у червоного світла. Кордон між червоним і інфрачервоним пролягає по можливості людського ока бачити світло з такою довжиною хвилі. Інфрачервоне електромагнітне випромінювання можна умовно розділити на три ділянки: ближнє (0.78-3 мкм), середнє (3-50 мкм) і далеку (50-1000 мкм) [3]. Електромагнітне випромінювання з більшою довжиною хвилі відноситься до мікрохвильового. Інфрачервоне і видиме електромагнітне випромінювання створюють збуджені молекули: чим тепліше предмет і швидше рухаються його молекули, тим менше довжина хвилі у його випромінювання. Тому розпечений метал спочатку наливається червоним (найбільша довжина хвилі, видима людиною), потім помаранчевим, жовтим і так далі (все менша довжина хвилі); за тим же принципом працюють лампочки розжарювання. Найгарячіші зірки випромінюють білий або блакитний світло. Предмети кімнатної температури і навіть кипляча вода випускають випромінювання надто низької частоти, щоб сприйматися оком. Пікова довжина хвилі у предмета 30-40 градусів дорівнює 9.56-9.26 мкм, що потрапляє в середній учасник інфрачервоного випромінювання [4].

Інфрачервоний зір - здатність сприймати будь-яку частину інфрачервоного спектра таким же чином, як видиме світло: або оком, або накладенням даних від окремого інфрачервоного сенсора на зображення, одержуване оком. Жодне відоме тварина не бачить інфрачервоне випромінювання за допомогою оптичної системи очі, оскільки для фокусування настільки довгохвильового світла на сітківці знадобилася б зовсім інша лінза, ніж для видимого світла. Навпаки, очі тварин, які бачать червоне світло (наприклад, людей), розвинули захист від інфрачервоних хвиль, які неможливо сфокусувати і які, отже, розмивали б зображення на сітківці [5]. У деяких тварин є сенсори теплового випромінювання більш чутливі, ніж людська шкіра: наприклад, у деяких змій [6] і кажанів-вампірів [7]. У ямкоголових змій поглиблення з великою кількістю особливо чутливих термосенсором знаходяться на кінчику носа з обох сторін, даючи «стереоскопічне» сприйняття джерел тепла, що дозволяє відразу визначити їх розташування. Проте, ямки не мають фокусує лінзи, тому не можуть створити картинку на термосенсором, як це відбувається в оці. Однак інформація з термосерсоров надходить по оптичному ТЕКТУМ і обробляється разом із зоровою (а також моторної, слуховий і так далі). Таким чином, вважається можливим, що змія бачить несфокусованого, однак стереоскопічну теплову інформацію в рамках загальної картини. Ні для яких інших тварин даних про обробку тепла разом із зоровою інформацією немає.

Якщо видалити у цифрового фотоапарата інфрачервоний фільтр, що захищає зображення від розмивання несфокусованого інфрачервоними хвилями, можна знімати ближній спектр інфрачервоного випромінювання. Прилади нічного бачення засновані на підсвічуванні інфрачервоним світлом ближнього спектра, невидимим для живих істот, і потім зйомкою в цьому діапазоні. Через оптичних властивостей інфрачервоного світла картинка виходить зернистої і розмитою. Спеціальна апаратура може знімати середній спектр випромінювання. Дані, отримані при інфрачервоної зйомці, в залежності від обробки можуть бути перетворені в температурну карту (сині і зелені кольори для темних ділянок, червоні і жовті - для яскравих) або ж в монохромне зображення (чорний для темних ділянок, білий для яскравих). Можна по-різному поєднувати інфрачервоні канали та видимі, щоб отримувати екзотично пофарбовані зображення [8].

Теплова карта часто використовується для подання зору змій, кажанів і інших тварин, у яких є особлива чутливість до теплового випромінювання, а також вигаданих персонажів з цією властивістю.

Варіанти уявлення інфрачервоної зйомки для людського зору

Лисиця в нічному баченні - інфрачервоному світлі ближнього спектра. Жодна тварина не використовує метод підсвічування інфрачервоним світлом, однак картина наближена до нічного зору.

Чотири пігменту колб птахів, які розширюють діапазон бачення в зоні ультрафіолетових променів

Ультрафіолетовий колір широко поширений в природі. Його можуть бачити половина птахів [9]. собаки [10] і членистоногі. Особливо добре розрізняють ультрафіолетовий колір бджоли і метелики. Іноді два різних білих квітки для людського ока виглядають однаково білими, але комахи, які використовують квіти, можуть помітити, що один з них відображає ультрафіолет, а інший ні. На деяких квітках ультрафіолетом пофарбовані жилки, а на інших є ультрафіолетові плями і смуги. Бджоли не бачать червоний колір, він для них як чорний, але, наприклад, є квітка мак-дикий. З людської точки зору він червоний, а бджола бачить, що він відображає ультрафіолет, людьми не видимий. Точно так же звичайні пташині яйця в очах птиці більш різнокольорові.

В очах людини є три види різних рецепторів кольору (конусів), які чутливі до світлових хвиль різної довжини і змішуючись разом, можна бачити кольору. Птахи ж мають чотири види конусів, так що вони бачать потенційно більше квітів, ніж люди. [12] Птахів можна розділити на дві не перетинаються групи по залежності від сприйнятливості до довжини хвилі (фіолетово-чутливі і ультрафіолету-чутливі). Кожна група вигляді свої кольори. Ультрафіолет-чутливі зазвичай мають надзвичайно яскравим оперенням, щоб справити враження на партнера, але одночасно вони досить «сірі» для хижих птахів, які бачать тільки в фіолетовому діапазоні.

Поляризоване світло [ред]

Світлова хвиля має чотири основні характеристики - довжину, амплітуду, фазу і поляризацію (напрямок). Людське око влаштований так, що сприймає лише дві з них - довжину і амплітуду. З довжиною у людей пов'язано відчуття відтінку, з амплітудою - яскравість. Фазу і поляризацію люди не розрізняють, хоча з нею тісно пов'язане почуття обсягу навколишнього світу. Нечутливість до поляризації називається «поляризационной сліпотою» [13]. Академік С. І. Вавилов вважає, що від 25 до 30% людей можуть помітити поляризацію, наприклад, неба як слабку жовту смужку з закругленими кінцями в центрі поля зору. [13]

Звичайний сонячне світло - сукупність хвиль, які коливаються у всіх можливих площинах. Ці площини розподілені хаотично, тобто сонячне світло не поляризоване. Але світло від неба поляризований, як і відбите світло (але не від металів і дзеркал).

Бджоли відмінно розрізняють поляризацію, яка допомагає їм орієнтуватися в просторі. Світло, що йде від синього неба, поляризований, і поляризація в будь-якій точці неба залежить від її положення щодо сонця. Тому бджола може орієнтуватися по сонцю, навіть якщо воно закрите хмарами і видно лише шматочок синього неба: поляризація вкаже напрямок на сонці. Муха теж бачить сонце і в хмарну погоду, адже хмари - це крапельки води, що розсіюють світло.

Птахи (наприклад, голуби) використовують ефект поляризації світла для орієнтації при перельотах, коли на блакитному небі не видно сонця.

Головоногі молюски не бачать колір, зате чітко розрізняють поляризоване світло. Світло, що відбивається від поверхні води, частково поляризується і тому сонячні відблиски на піщаному дні поляризовані. За ним можна дізнатися, де зараз сонце.

У кальмарів. каракатиць і восьминогів майже людські очі, але поляризоване світло вони бачать: фоторецепторні клітини в сітківці їх очей розташовані так, що площини сприйняття світла в сусідніх фоторецепторах строго перпендикулярні один одному. Тому вони бачать прозорих істот у воді (таких як зоопланктон, наприклад гребневики. І головоногих, які змінюють колір). Найкраще бачать поляризацію серед головоногих восьминоги. Працівниками Державтоінспекції зафіксовано, що вони пізнають навіть невеликий поворот площини поляризації. Бачити зміна поляризації ще точніше їм допомагає невеликий рух очей або голови з боку в бік, ніби тварина придивляється.