Всички насекоми имат сложни сложни очи. Как вижда мухата? Повече за този проблем. Панорамна fly-eye камера

Всички хора знаят, че е много трудно да се хване или удари муха: тя вижда много добре и незабавно реагира на всяко движение, летейки нагоре. Отговорът се крие в уникалната визия на това насекомо. Отговорът на въпроса колко очи има една муха ще помогне да се разбере причината за нейната неуловима.

Устройството на зрителните органи

Домашната или обикновена муха има черно-сив цвят на тялото с дължина до 1 см и леко жълтеникав корем, 2 чифта сиви крила и глава с големи очи. Той принадлежи към най-древните обитатели на планетата, както свидетелстват данните на археолозите, открили екземпляри, датиращи отпреди 145 милиона години.

Когато разглеждате главата на муха под микроскоп, можете да видите, че тя има много оригинални обемни очи, разположени от двете страни. Както можете да видите на снимката на очите на мухата, те визуално изглеждат като мозайка, съставена от 6-странни структурни единици, които се наричат фасети или омматидии, подобно на структурата на пчелните пити. В превод от френски думата "fasette" означава фасети. Поради това очите се наричат фасетирани.

Как да разберем какво вижда една муха в сравнение с човек, чието зрение е бинокулярно, тоест съставено е от две картини, които виждат 2 очи? При насекомите визуалният апарат е по-сложен: всяко око се състои от 4 хиляди фасети, показващи малка част от видимото изображение. Следователно формирането на обща картина на външния свят в тях се извършва на принципа на „събиране на пъзели“, което ни позволява да говорим за уникалната структура на мозъка на мухите, способна да обработва повече от 100 кадъра изображения на второ.

За бележка!
Фасетното зрение е не само при мухите, но и при други насекоми: пчелите имат 5 хиляди фасети, пеперудите - 17 хиляди, водните кончета са рекордьори - до 30 хиляди омматидии.

Как мухата вижда

Такова устройство на зрителните органи не позволява на мухата да се концентрира върху конкретен обект или предмет, но показва обща картина на цялото околно пространство, което ви позволява бързо да забележите опасността. Ъгълът на гледане на всяко око е 180°, което заедно е 360°, т.е видът на зрението е панорамен.

Благодарение на тази структура на очите, мухата перфектно оглежда всичко наоколо, включително виждайки човек, който се опитва да се промъкне отзад. Контролът върху цялото околно пространство й осигурява 100% защита срещу всякакви неприятности, включително от струпване на хора.

В допълнение към 2-те основни, мухите имат още 3 обикновени очи, разположени на челото в интервалите между фасетираните. Тези органи им позволяват да виждат близките обекти по-ясно за разпознаване и незабавна реакция.

Интересно!
Обобщавайки всички данни, можем да кажем, че зрението на мухата е представено от 5 очи: 2 фасетни - за контрол на околното пространство и 3 прости - за фокусиране и разпознаване на обекти.

Характеристики на визуалните способности на мухите

Визията на обикновената муха има много по-интересни характеристики:

мухите отлично различават основните цветове и техните нюанси, освен това са в състояние да различават ултравиолетовите лъчи;
те не виждат абсолютно нищо в тъмното и затова спят през нощта;
но те улавят някои цветове от цялата палитра малко по-различно, поради което условно се считат за далтонисти;
фасетното устройство на очите ви позволява да фиксирате всичко едновременно отгоре, отдолу, отляво, отдясно и отпред и ви позволява бързо да реагирате на приближаваща опасност;
очите на мухата различават само малки предмети, например приближаването на ръка, но не възприемат голяма фигура на човек или мебели в стаята;
при мъжете сложните очи са по-близо една до друга, отколкото при женските, които имат по-широко чело;

Интересно!
Зрителната острота се доказва и от факта колко кадъра в секунда вижда една муха. За сравнение, точни цифри: човек възприема само 16, а мухата - 250-300 кадъра в секунда, което й помага да се движи перфектно с висока скорост в полет.

Характеристики на трептене

Има индикатор за визуални способности, който се свързва с честотата на трептене на изображението, т.е. най-ниската му граница, при която светлината се фиксира като постоянен източник на светлина. Нарича се CFF - критична честота на трептене-сливане. Стойността му показва колко бързо очите на животното могат да актуализират изображението и да обработват визуална информация.

Човек е в състояние да открие честота на трептене от 60 Hz, тоест актуализиране на изображението 60 пъти в секунда, което се следва при показване на визуална информация на телевизионен екран. За бозайниците (кучета, котки) тази критична стойност е 80 Hz, поради което те обикновено не обичат да гледат телевизия.

Колкото по-висока е стойността на честотата на трептене, толкова по-голямо биологично предимство има животното. Следователно, за насекоми, при които тази стойност достига 250 Hz, това се проявява във възможността за по-бърза реакция на опасност. В края на краищата, за човек, който се приближава до „плячката“ с вестник в ръце с намерението да я убие, движението изглежда бързо, но уникалната структура на окото му позволява да улови дори мигновени движения, сякаш на забавен каданс.

Според биолога К. Гили такава висока критична честота на трептене при мухите се дължи на техния малък размер и бърз метаболизъм.

Интересно!
Разликата в индекса CFF за различните видове гръбначни животни изглежда така: най-малките 14 Hz са при змиорките и костенурките, 45 при влечугите, 60 при хората и акулите, при птиците и кучетата - 80, при земните катерици - 120.

Горният анализ на визуалните способности ни позволява да разберем, че светът през очите на мухата изглежда като сложна система от голям брой снимки, по аналогия с малки видеокамери, всяка от които предава информация на насекомото за малка част на околното пространство. Сглобеното изображение ви позволява да запазите визуална "всеобхватна защита" с един поглед и незабавно да реагирате на подхода на враговете. Изследванията на учени от такива визуални способности на насекомите позволиха разработването на летящи роботи, в които компютърни системи контролират позицията по време на полет, симулирайки зрението на мухите.

Окото на насекомото при голямо увеличение изглежда като малка решетка.

Това е така, защото окото на насекомото се състои от много малки фасети. Очите на насекомите се наричат фасетиран. Малко око-фасета се нарича омматидиум. Ommatidium има формата на дълъг тесен конус, чиято основа е леща, която прилича на шестоъгълник. Оттук и името на сложното око: фасеткав превод от френски означава "ръб, край".

Сноп от омматидии образува сложно кръгло око на насекомо.

Всеки омматидиум има много ограничено зрително поле: зрителният ъгъл на омматидиите в централната част на окото е само около 1°, а по краищата на окото - до 3°. Ommatidium "вижда" само този малък участък от обекта пред очите му, към който е "насочен", тоест там, където е насочено продължението на неговата ос. Но тъй като омматидиите са близо една до друга и техните оси в кръглото око се разминават като лъчи, цялото сложно око обхваща обекта като цяло. Освен това образът на обекта се получава в него като мозайка, тоест съставен от отделни парчета.

Броят на омматидиите в окото варира при различните насекоми. Мравката работничка има само около 100 омматидия в окото си, домашната муха има около 4000, пчелата работничка има 5000, пеперудите имат до 17 000, а водните кончета имат до 30 000! По този начин визията на мравка е много посредствена, докато огромните очи на водно конче - две преливащи се полукълба - осигуряват максимално зрително поле.

Поради факта, че оптичните оси на ommatidia се разминават под ъгъл от 1-6 °, яснотата на изображението на насекомите не е много висока: те не различават фини детайли. Освен това повечето насекоми са късогледи: те виждат околните предмети на разстояние само няколко метра. Но сложните очи са в състояние перфектно да разграничат трептене (мигане) на светлина с честота до 250–300 херца (за човек граничната честота е около 50 херца). Очите на насекомите са в състояние да определят интензивността на светлинния поток (яркостта) и освен това имат уникална способност: те могат да определят равнината на поляризация на светлината. Тази способност им помага да се ориентират, когато слънцето не се вижда в небето.

Насекомите виждат цветовете, но не по същия начин като нас. Така например пчелите "не познават" червеното и не го различават от черното, но възприемат невидимите за нас ултравиолетови лъчи, които се намират в противоположния край на спектъра. Някои пеперуди, мравки и други насекоми също различават ултравиолетовата светлина. Между другото, именно слепотата на опрашващите насекоми от нашата ивица към червения цвят обяснява любопитния факт, че сред нашата дива флора няма растения с алени цветя.

Светлината, идваща от слънцето, не е поляризирана, тоест нейните фотони имат произволна ориентация. Въпреки това, преминавайки през атмосферата, светлината се поляризира в резултат на разсейване от въздушните молекули и в този случай равнината на нейната поляризация винаги е насочена към слънцето.

Между другото...

В допълнение към сложните очи, насекомите имат още три прости оцели с диаметър 0,03-0,5 mm, които са разположени под формата на триъгълник на фронтално-париеталната повърхност на главата. Тези очи не са пригодени за разграничаване на предмети и са необходими за съвсем друга цел. Те измерват средното ниво на осветеност, което се използва като референтна точка ("нулев сигнал") при обработката на визуални сигнали. Ако тези очи са залепени за насекомо, то запазва способността си за пространствена ориентация, но може да лети само при по-ярка светлина от обикновено. Причината за това е, че залепените очи приемат черното поле като „средно ниво“ и по този начин дават на съставните очи по-широк диапазон на осветеност, а това съответно намалява тяхната чувствителност.

Окото на насекомото при голямо увеличение изглежда като малка решетка.
Това е така, защото окото на насекомото се състои от много малки фасети. Очите на насекомите се наричат фасетни. Малкото фасетно око се нарича омматидиум. Ommatidium има формата на дълъг тесен конус, чиято основа е леща, която прилича на шестоъгълник. Оттук и името на съставното око: facette на френски означава „ръб“.

Сноп от омматидии образува сложно кръгло око на насекомо.

*Светлината, идваща от слънцето, не е поляризирана, тоест нейните фотони имат произволна ориентация. Въпреки това, преминавайки през атмосферата, светлината се поляризира в резултат на разсейване от въздушните молекули и в този случай равнината на нейната поляризация винаги е насочена към слънцето.

Една обикновена муха има невероятни, необичайни очи!
За първи път хората са успели да погледнат на света през очите на насекомо през 1918 г. благодарение на немския учен Екснер. Екснър доказа наличието на необичайно мозаечно зрение при насекомите. Той снима прозореца през сложното око на светулка, поставена върху предметно стъкло на микроскоп. На снимката се виждаше рамка на прозорец и зад нея неясните очертания на катедралата.

Сложните очи на мухата се наричат сложни очи, те се състоят от много хиляди малки, индивидуални шестоъгълни фасетни очи, наречени омматидии. Всеки омматидиум се състои от леща и дълъг прозрачен кристален конус, прилежащ към нея.

При насекомите сложното око може да има между 5000 и 25 000 фасети. Окото на домашната муха се състои от 4000 фасети. Зрителната острота на мухата е ниска, тя вижда 100 пъти по-лошо от човек. Интересното е, че при насекомите зрителната острота зависи от броя на фасетите в окото!
Всеки аспект възприема само част от изображението. Частите се събират в една картина и мухата вижда "мозаечна картина" на околния свят.

Благодарение на това мухата има почти кръгло зрително поле от 360 градуса. Тя вижда не само това, което е пред нея, но и това, което се случва наоколо и отзад, т.е. големите сложни очи позволяват на мухата да гледа едновременно в различни посоки.

В очите на мухата отражението и пречупването на светлината става по такъв начин, че максималната част от нея навлиза в окото под прав ъгъл, независимо от ъгъла на падане.

Сложното око е растерна оптична система, в която, за разлика от човешкото око, няма единична ретина.
Всеки омматидиум има собствен диоптричен апарат. Между другото, понятието акомодация, късогледство или далекогледство не съществува за мухата.

Мухата, подобно на човек, вижда всички цветове от видимия спектър. В допълнение, мухата е в състояние да прави разлика между ултравиолетова и поляризирана светлина.

Понятията акомодация, късогледство или далекогледство не са познати на мухата.
Очите на мухата са много чувствителни към промените в яркостта на светлината.

Изследването на фасетираните очи на мухата показа на инженерите, че мухата е в състояние много точно да определи скоростта на обекти, движещи се с голяма скорост. Инженерите са копирали принципа на очите на мухата, за да създадат високоскоростни детектори, които определят скоростта на летящия самолет. Такова устройство се нарича "око на муха"

Панорамна fly-eye камера

Учени от Федералното политехническо училище в Лозана изобретиха 360-градусова камера, която ви позволява да трансформирате изображение в 3D, без да го изкривявате. Те излязоха с напълно нов дизайн, вдъхновен от дизайна на окото на мухата.
Формата на камерата наподобява малко полукълбо с размерите на портокал, на повърхността има 104 миникамери, подобни на тези, вградени в мобилните телефони.

Тази панорамна камера осигурява 360 градусово 3D изображение. Всяка от композитните камери обаче може да се използва и отделно, прехвърляйки вниманието на зрителя към определени зони от пространството.
С това изобретение учените са решили два основни проблема на традиционните филмови камери: неограничен ъгъл в пространството и дълбочина на полето.

ГЪВКАВА 180 ГРАДУСА КАМЕРА

Група изследователи от университета на Илинойс, ръководени от професор Джон Роджърс, създадоха фасетирана камера, която работи на принципа на окото на насекомото.
Новото устройство външно и по вътрешната си структура наподобява око на насекомо.

Камерата се състои от 180 малки лещи, всяка със собствен фотосензор. Това позволява на всяка от 180-те микрокамери да работи автономно, за разлика от конвенционалните камери. Ако направим аналогия с животинския свят, тогава 1 микролеща е 1 фасет на окото на муха. Данните с ниска разделителна способност, заснети от микрокамерите, след това се изпращат до процесора, където тези 180 малки изображения се сглобяват в панорама, чиято ширина съответства на 180-градусово зрително поле.

Камерата не изисква фокусиране, т.е. предметите, които са близо, могат да се видят също толкова добре, колкото и обектите, които са далеч. Формата на камерата може да бъде не само полусферична. Може да му се даде почти всяка форма. . Всички оптични елементи са изработени от еластичен полимер, който се използва при производството на контактни лещи.
Новото изобретение може да намери широко приложение не само в системите за сигурност и наблюдение, но и в компютри от ново поколение.

Покажи всички

При висшите насекоми органите на зрението не са идентични по структура. На челото или върху тях има три прости (в средата -, отстрани - странични), а отстрани има две сложни сложни очи. Те се срещат при възрастни насекоми, както и при s, и предават по-голямата част от получената визуална информация.

Обща структура на очите

Повечето насекоми имат очи и само относително малък брой таксони нямат. Например някои примитивни видове ги нямат, както и скитащите мравки Екшън. В повечето случаи очите са представени като две отделни образувания, но например при водните кончета те са толкова големи, че се събират в една структура.

По форма сложните зрителни органи често са близки до закръглени, но в някои случаи те са капковидни (като при богомолката) или бъбрековидни, тъй като имат прорез, върху който „седи“ антената (като при върбовият дебелак Lamia textor). В някои случаи прорезът е толкова остър, че разделя горната и долната част на окото един от друг, поради което изглежда, че насекомото няма две очи, а четири (пример е бръмбарът Tetrops praeusta). Понякога характеристиките на формата и размера на очите се определят от принадлежността към определен пол. По този начин мъжете обикновено имат по-развити очи от женските, което е особено очевидно в примера на търтеите и пчелите работнички. При конските мухи те се допират в средата при мъжките и не се докосват при женските.

В долната част, в непосредствена близост до главата, всяко око е ограничено от базална или ситова мембрана. В него, според броя на омматидиите, има много дупки, през които преминават влакната на зрителния нерв. Чрез тях те навлизат в окото, проникват в него и преминават между тях. На мястото на окото образува доста дълбока издатина, образувайки очна капсула или око; това е поддържащата структура на окото.

Омматидиум като структурна единица на сложното око

Напречният размер (диаметър) на структурните единици на окото също се различава, но във всеки случай се измерва в микрони. Maybug е с диаметър 20 микрона, американската хлебарка е 32 микрона.

Визуалните оси на ommatidia трябва да са приблизително перпендикулярни на повърхността, следователно, колкото повече пространство заемат, толкова по-изпъкнали са очите на насекомите. Силната изпъкналост на очите обаче не е признак толкова за добро зрение, колкото за голямо зрително поле, поне при дневните видове.

Подробната структура на ommatidia е доста сложна и ще бъде обсъдена на примера на типично апозиционно око (обяснение на този термин в следващия раздел). В структурата на всяка единица сложни очи има три функционални комплекса от структури или три апарата:

диоптър (рефракционен)

Състои се от лещи, пречупва и насочва светлината.

рецептор (възприемащ)

Получава и предава визуална информация.

апарат за изолиране на пигменти

Структурата на омматидиума

1 - роговица, 2 - коренова клетка,

3 - кристален конус, 4 - Semper клетки,

5 - клетки на ретината, 6 - зрителна пръчка,

7 - вторични пигментни клетки,

8 - пигментни клетки на ретината,

9 - базална мембрана

Нагледни помагала ommatidia

Апарат за диоптър

се състои от следните части (отвън навътре): (снимка)

Рецепторен апарат

включва още няколко компонента:

Ретината клетки- удължени структури, които са разположени под кристалния конус под формата на лъч (5 на (снимка) ).
Визуална пръчка (рабдом)- продълговато образувание, състоящо се от продукти на секреция на клетките на ретината и разположено в центъра на техния пакет. В напречен разрез рабдомът и клетките на ретината образуват модел на „цвете“, където рабдомът заема аксиална позиция, като е „ядрото“, а клетките на ретината са разположени около него, като венчелистчета (6 на (снимка)).
зрителни нервинерви, които предават информация към централната нервна система.

Пигментен апарат

изолацията има в състава си 3 образувания:

Корнеогенни (основен пигмент) клетки: същите, които произвеждат обектива. Те се изпълват с пигмент и изолират лещата от роговиците на съседните омматидии.
вторични пигментни клетки- изолирайте всеки от останалите на нивото на кристалния конус (7 на (снимка) ).
пигментни клетки на ретината- изпълняват същата функция, но по-ниско, на нивото на местоположението на клетките на ретината и зрителния прът (8 на (снимка) ).

невросуперпозиционно око

Такива очи се отличават с факта, че в тях има сумиране на нервни сигнали от определена част от зрителните клетки, светлината в които идва от едно място. Мухите имат такъв тип очи.

Зрение на насекоми

В съседните омматидии зрителните оси са много близо една до друга, което дава на насекомите способността да различават по-добре точките, които са близо една до друга. В резултат на това зрителната им острота е около 3 пъти по-висока от тази на човека. Когато обаче предметът се отстрани от окото, зрението се влошава; по този начин насекомите са, според човешките стандарти, късогледи.

Друго предимство на сложните очи е, че множеството омматидии позволяват по-добро проследяване на трептящи и бързо движещи се обекти. При нас непрекъснато изображение на екрана се образува, когато филмът се движи с 16 кадъра в секунда, а за насекомите - с 250-300. Това създава предимство за тях при бързо.

Насекомите могат да възприемат поляризацията на светлината. Те не само виждат всички обекти като триизмерни, но различават фини нюанси и игра на цветове, които са недостъпни за човешкото око. Повечето насекоми имат цветно зрение, черно-бяло само в примитивните форми, които живеят в пещери, в голям брашнен бръмбар и термити. Летящите тревопасни видове от тях имат светлинен приемник, "настроен" на възприятието в ултравиолетовия спектър, поради което по-добре различават чашките на цветята от въздуха.