Kõigil putukatel on keerulised liitsilmad. Kuidas kärbes näeb? Lisateavet selle probleemi kohta. Panoraam-kärbsesilma kaamera

Kõik inimesed teavad, et kärbest on väga raske kinni püüda või pihta saada: ta näeb väga hästi ja reageerib koheselt mis tahes liigutustele, lennates üles. Vastus peitub selle putuka ainulaadses nägemuses. Vastus küsimusele, mitu silma kärbsel on, aitab mõista tema tabamatuse põhjust.

Nägemisorganite seade

Maja ehk harilik kärbs on kuni 1 cm pikkuse must-halli kehavärvi ja kergelt kollaka kõhuga, 2 paari halli tiibu ja suurte silmadega pea. See kuulub planeedi kõige iidseimate elanike hulka, mida tõendavad arheoloogide andmed, kes avastasid 145 miljoni aasta vanuseid isendeid.

Mikroskoobi all kärbse pead uurides on näha, et sellel on mõlemal pool paiknevad väga originaalsed mahukad silmad. Nagu kärbse silmade fotol näha, näevad need visuaalselt välja nagu mosaiik, mis koosneb 6-tahulistest struktuuriüksustest, mida nimetatakse tahkudeks või ommatiidideks, sarnaselt kärgstruktuuriga. Prantsuse keelest tõlgituna tähendab sõna "fasette" tahkusid. Seetõttu nimetatakse silmi lihvitud.

Kuidas aru saada, mida näeb kärbes võrreldes inimesega, kelle nägemine on binokulaarne ehk koosneb kahest pildist, mida näevad 2 silma? Putukatel on visuaalne aparaat keerulisem: iga silm koosneb 4 tuhandest tahust, mis näitavad väikest osa nähtavast pildist. Seetõttu toimub neis välismaailma üldpildi kujunemine "mõistatuste kogumise" põhimõttel, mis võimaldab rääkida kärbeste aju ainulaadsest struktuurist, mis on võimeline töötlema rohkem kui 100 kaadrit pildi kohta. teiseks.

Märkusena!
Näonägemine pole mitte ainult kärbestel, vaid ka teistel putukatel: mesilastel on 5 tuhat tahku, liblikatel - 17 tuhat, kiilide rekordiomanikel - kuni 30 tuhat ommatidia.

Kuidas kärbes näeb

Selline nägemisorganite seade ei lase kärbsel keskenduda konkreetsele objektile või objektile, vaid näitab üldist pilti kogu ümbritsevast ruumist, mis võimaldab ohtu kiiresti märgata. Kummagi silma vaatenurk on 180°, mis kokku on 360°, ehk nägemise tüüp on panoraam.

Tänu sellele silmade struktuurile jälgib kärbes suurepäraselt kõike ümbritsevat, sealhulgas näeb inimest, kes üritab tagant hiilida. Kontroll kogu ümbritseva ruumi üle pakub talle 100% kaitset kõigi probleemide eest, sealhulgas inimeste kogunemise eest.

Kärbestel on lisaks kahele põhisilmale veel 3 tavalist silma, mis paiknevad laubal tahkuliste vaheaegadel. Need elundid võimaldavad neil näha lähedalasuvaid objekte selgemalt äratundmiseks ja koheseks reageerimiseks.

Huvitav!
Kõiki andmeid kokku võttes võib väita, et kärbse nägemust esindab 5 silma: 2 tahulist – ümbritseva ruumi juhtimiseks ja 3 lihtsat – objektide fokuseerimiseks ja äratundmiseks.

Kärbeste visuaalsete võimete omadused

Hariliku kärbse nägemisel on veel palju huvitavaid jooni:

kärbsed eristavad suurepäraselt põhivärve ja nende toone, lisaks suudavad nad eristada ultraviolettkiiri;
nad ei näe pimedas absoluutselt mitte midagi ja seetõttu magavad öösel;
kuid nad hõivavad mõned värvid kogu paletist veidi erinevalt, seetõttu peetakse neid tinglikult värvipimedaks;
lihvitud silmade seade võimaldab teil kõik korraga fikseerida ülalt, alt, vasakult, paremalt ja ees ning võimaldab kiiresti reageerida lähenevale ohule;
kärbse silmad eristavad vaid väikseid esemeid, näiteks käe lähenemist, kuid ei taju ruumis suurt inimesefiguuri ega mööblit;
meestel on liitsilmad üksteisele lähemal kui emastel, kellel on laiem otsmik;

Huvitav!
Nägemisteravusest annab tunnistust ka see, mitu kaadrit sekundis kärbes näeb. Võrdluseks täpsed arvud: inimene tajub ainult 16 ja kärbes - 250–300 kaadrit sekundis, mis aitab tal lennul suurel kiirusel suurepäraselt navigeerida.

Virvenduse omadused

On olemas visuaalse võime näitaja, mis on seotud pildi virvendussagedusega, st selle madalaima piiriga, mille juures valgus fikseeritakse pideva valgustusallikana. Seda nimetatakse CFF-iks – kriitiline virvendus-fusioonisagedus. Selle väärtus näitab, kui kiiresti suudavad looma silmad pilti värskendada ja visuaalset teavet töödelda.

Inimene suudab tuvastada väreluse sagedust 60 Hz, see tähendab pildiuuendust 60 korda sekundis, mida järgitakse visuaalse teabe kuvamisel teleriekraanil. Imetajate (koerad, kassid) puhul on see kriitiline väärtus 80 Hz, mistõttu neile tavaliselt telekat vaadata ei meeldi.

Mida kõrgem on virvendussagedus, seda suurem on loomal bioloogiline eelis. Seetõttu ilmneb see putukate puhul, kelle puhul see väärtus ulatub 250 Hz-ni, võimaluses ohule kiiremini reageerida. Tõepoolest, inimesele, kes läheneb “saagile”, ajaleht käes, eesmärgiga ta tappa, tundub liikumine kiire, kuid silma ainulaadne struktuur võimaldab tal tabada isegi hetkelisi liigutusi, justkui aegluubis.

Bioloog K. Gili sõnul on kärbeste nii kõrge kriitiline virvendussagedus tingitud nende väiksusest ja kiirest ainevahetusest.

Huvitav!
Erinevate selgroogsete liikide CFF-indeksi erinevus näeb välja järgmine: väikseim 14 Hz on angerjatel ja kilpkonnadel, 45 roomajatel, igaühel 60 inimestel ja haidel, lindudel ja koertel - 80, oravatel - 120.

Ülaltoodud visuaalsete võimete analüüs võimaldab meil mõista, et maailm kärbse silmade läbi näeb analoogselt väikeste videokaameratega välja keeruka süsteemina suurest hulgast piltidest, millest igaüks edastab putukale teavet väikese osa kohta. ümbritsevast ruumist. Kokkupandud pilt võimaldab teil hoida silma peal visuaalset "kõikvõimalikku kaitset" ja reageerida koheselt vaenlaste lähenemisele. Teadlaste uurimused selliste putukate visuaalsete võimete kohta on viinud lendavate robotite väljatöötamiseni, mille puhul arvutisüsteemid kontrollivad positsiooni lennu ajal, simuleerides kärbeste nägemist.

Suure suurendusega putuka silm näeb välja nagu väike võre.

Seda seetõttu, et putuka silm koosneb paljudest väikestest tahkudest. Putukate silmi nimetatakse lihvitud. Pisikest silmatahuks nimetatakse ommatidium. Ommatidiumil on pikk kitsas koonus, mille alus on kuusnurga moodi lääts. Sellest ka liitsilma nimi: tahk prantsuse keelest tõlgitud tähendab "serv".

Ommatidia kimp moodustab keeruka ümmarguse putukasilma.

Igal ommatiidiumil on väga piiratud vaateväli: silma keskosas on ommatiidiumi vaatenurk vaid umbes 1° ja silma servades kuni 3°. Ommatidium "näeb" tema silme ees vaid seda tillukest lõiku objektist, millele ta on "sihitud", ehk kuhu on suunatud tema telje jätk. Kuid kuna ommatiidid on üksteisega tihedalt kõrvuti ja nende teljed ümmarguses silmas lahknevad nagu kiired, hõlmab kogu liitsilm objekti tervikuna. Veelgi enam, objekti kujutis saadakse selles mosaiigina, see tähendab, et see koosneb eraldi tükkidest.

Ommatidia arv silmas on erinevatel putukatel erinev. Töösipelgal on silmas vaid umbes 100 ommatiidiat, toakärbsel umbes 4000, töömesilasel 5000, liblikatel kuni 17 000 ja kiildel kuni 30 000! Seega on sipelga nägemine väga kesine, samas kui kiili tohutud silmad – kaks sillerdavat poolkera – tagavad maksimaalse vaatevälja.

Tänu sellele, et ommatidia optilised teljed lahknevad 1-6° nurkade all, pole putukate pildiselgus kuigi kõrge: nad ei erista pisidetaile. Lisaks on enamik putukaid lühinägelikud: nad näevad ümbritsevaid objekte vaid mõne meetri kaugusel. Kuid liitsilmad suudavad suurepäraselt eristada valguse virvendust (vilkumist) sagedusega kuni 250–300 hertsi (inimese jaoks on piirsagedus umbes 50 hertsi). Putukate silmad on võimelised määrama valgusvoo intensiivsust (heledust) ja lisaks on neil ainulaadne võime: nad suudavad määrata valguse polarisatsioonitasandit. See võime aitab neil navigeerida, kui päikest taevas ei paista.

Putukad näevad värve, kuid mitte nii nagu meie. Näiteks mesilased "ei tunne" punast ega erista seda mustast, kuid nad tajuvad meile nähtamatuid ultraviolettkiiri, mis asuvad spektri vastasotsas. Mõned liblikad, sipelgad ja muud putukad eristavad ka ultraviolettvalgust. Muide, just meie riba tolmeldavate putukate pimedus punase värvuse suhtes seletab kurioosset tõsiasja, et meie loodusliku taimestiku hulgas pole helepunaste õitega taimi.

Päikeselt tulev valgus ei ole polariseeritud, see tähendab, et selle footonid on suvalise orientatsiooniga. Atmosfääri läbides valgus aga polariseerub õhumolekulide hajumise tulemusena ja sel juhul on selle polarisatsioonitasand alati suunatud päikese poole.

Muideks...

Lisaks liitsilmadele on putukatel veel kolm lihtsat 0,03-0,5 mm läbimõõduga silmasilma, mis paiknevad kolmnurga kujul pea fronto-parietaalpinnal. Need silmad ei ole kohandatud objektide eristamiseks ja neid on vaja hoopis teisel eesmärgil. Need mõõdavad keskmist valgustuse taset, mida kasutatakse visuaalsete signaalide töötlemisel võrdluspunktina ("nullsignaal"). Kui need silmad on putuka külge liimitud, säilitab ta ruumilise orienteerumise võime, kuid suudab lennata vaid tavalisest eredamas valguses. Põhjus on selles, et liimitud silmad võtavad musta välja “kesktasemeks” ja annavad seeläbi liitsilmadele laiema valgustusvahemiku, mis vastavalt vähendab nende tundlikkust.

Suure suurendusega putuka silm näeb välja nagu väike võre.
Seda seetõttu, et putuka silm koosneb paljudest väikestest tahkudest. Putukate silmi nimetatakse tahudeks. Väikest tahku silma nimetatakse ommatiidiumiks. Ommatidiumil on pikk kitsas koonus, mille alus on kuusnurga moodi lääts. Sellest ka liitsilma nimi: fassett tähendab prantsuse keeles "serv".

Ommatidia kimp moodustab keeruka ümmarguse putukasilma.

*Päikeselt tulev valgus ei ole polariseeritud, st selle footonid on suvalise orientatsiooniga. Atmosfääri läbides valgus aga polariseerub õhumolekulide hajumise tulemusena ja sel juhul on selle polarisatsioonitasand alati suunatud päikese poole.

Tavalisel kärbsel on hämmastavad, ebatavalised silmad!
Esimest korda said inimesed tänu saksa teadlasele Eksnerile maailma vaadata putuka silmadega 1918. aastal. Exner tõestas putukatel ebatavalise mosaiiknägemise olemasolu. Ta pildistas akent läbi mikroskoobi slaidile asetatud tulikärbse liitsilma. Fotol oli pilt aknaraamist ja selle taga katedraali ebamäärane piirjoon.

Kärbse liitsilmadeks nimetatakse liitsilmadeks, need koosnevad paljudest tuhandetest pisikestest, üksikutest kuusnurksetest tahulistest silmadest, mida nimetatakse ommatiidideks. Iga ommatiidium koosneb läätsest ja sellega külgnevast pikast läbipaistvast kristallilisest koonusest.

Putukatel võib liitsilmal olla 5000–25 000 tahku. Toakärbse silm koosneb 4000 tahust. Kärbse nägemisteravus on madal, ta näeb 100 korda halvemini kui inimene. Huvitav on see, et putukate nägemisteravus sõltub silma tahkude arvust!
Iga tahk tajub ainult osa kujutisest. Osad annavad kokku ühe pildi ja kärbes näeb ümbritsevast maailmast "mosaiikpilti".

Tänu sellele on kärbsel peaaegu ringikujuline 360 kraadine vaateväli. Ta ei näe ainult seda, mis on tema ees, vaid ka seda, mis toimub ümber ja taga, s.t. suured liitsilmad võimaldavad kärbsel samaaegselt vaadata erinevatesse suundadesse.

Kärbse silmis toimub valguse peegeldumine ja murdumine nii, et maksimaalne osa sellest satub silma täisnurga all, sõltumata langemisnurgast.

Liitsilm on raster-optiline süsteem, milles erinevalt inimsilmast puudub ühtne võrkkesta.
Igal ommatiidiumil on oma dioptriaparaat. Muide, akommodatsiooni, lühinägelikkuse või kaugnägemise mõistet kärbsel ei eksisteeri.

Kärbes, nagu inimene, näeb kõiki nähtava spektri värve. Lisaks suudab kärbes eristada ultraviolett- ja polariseeritud valgust.

Akommodatsiooni, lühinägelikkuse või kaugnägemise mõisted pole kärbsele tuttavad.
Kärbse silmad on valguse heleduse muutuste suhtes väga tundlikud.

Kärbse lihvitud silmade uurimine näitas inseneridele, et kärbes suudab väga täpselt määrata suurel kiirusel liikuvate objektide kiirust. Insenerid on kopeerinud lendava silmade põhimõtet, et luua kiireid andureid, mis määravad lendavate lennukite kiiruse. Sellist seadet nimetatakse "kärbse silmaks"

Panoraam-kärbsesilma kaamera

Lausanne'i föderaalse polütehnilise kooli teadlased on leiutanud 360-kraadise kaamera, mis võimaldab teil muuta pildi 3D-ks ilma seda moonutamata. Nad mõtlesid välja täiesti uue disaini, mis on inspireeritud kärbsesilma disainist.
Kaamera kuju meenutab väikest oranži suurust poolkera, pinnal on 104 minikaamerat, mis on sarnased mobiiltelefonidesse sisseehitatud kaameratega.

See panoraamkaamera pakub 360-kraadist 3D-pilti. Kuid iga komposiitkaamerat saab kasutada ka eraldi, kandes vaataja tähelepanu teatud ruumipiirkondadele.
Selle leiutisega on teadlased lahendanud traditsiooniliste filmikaamerate kaks peamist probleemi: piiramatu nurk ruumis ja teravussügavus.

PAINDLIK 180 KRAADI KAAMERA

Illinoisi ülikooli teadlaste rühm eesotsas professor John Rogersiga on loonud lihvitud kaamera, mis töötab putukasilma põhimõttel.
Uus seade meenutab väliselt ja oma sisemiselt ülesehituselt putuka silma.

Kaamera koosneb 180 pisikesest objektiivist, millest igaühel on oma fotosensor. See võimaldab kõigil 180 mikrokaameral erinevalt tavalistest kaameratest autonoomselt töötada. Kui tuua analoogia loomamaailmaga, siis 1 mikrolääts on 1 kärbsesilma tahk. Mikrokaamerate poolt jäädvustatud madala eraldusvõimega andmed saadetakse seejärel protsessorisse, kus need 180 väikest pilti koondatakse panoraamiks, mille laius vastab 180-kraadisele vaateväljale.

Kaamera ei vaja teravustamist, s.t. lähedalasuvaid objekte saab näha sama hästi kui kaugel asuvaid objekte. Kambri kuju võib olla mitte ainult poolkerakujuline. Sellele võib anda peaaegu igasuguse kuju. . Kõik optilised elemendid on valmistatud elastsest polümeerist, mida kasutatakse kontaktläätsede valmistamisel.
Uut leiutist saab laialdaselt kasutada mitte ainult turva- ja valvesüsteemides, vaid ka uue põlvkonna arvutites.

Näita kõike

Kõrgematel putukatel ei ole nägemisorganid ehituselt identsed. Otsmikul või nendel on kolm lihtsat (keskel -, selle külgedel - külgmised) ja külgedel kaks keerulist liitsilma. Neid leidub täiskasvanud putukates, aga ka s-des ning need edastavad suurema osa saadud visuaalsest teabest.

Silmade üldine struktuur

Enamikul putukatel on silmad ja ainult suhteliselt väikesel arvul taksonitel pole. Näiteks mõnedel ürgliikidel neid pole, samuti rändsipelgatel Action. Enamasti on silmad esitatud kahe eraldiseisva moodustisena, kuid näiteks kiilidel on need nii suured, et koonduvad ühtseks struktuuriks.

Kujult on keerulised nägemisorganid sageli ümmarguse lähedased, kuid mõnel juhul on need tilgakujulised (nagu palvetaval mantisel) või neerukujulised, kuna neil on sälk, millel antenn "istub" (nagu aastal pajupaks mees Lamia textor). Mõnel juhul on sälk nii terav, et eraldab üksteisest silma ülemise ja alumise osa, mistõttu jääb mulje, et putukal pole mitte kaks silma, vaid neli (näiteks mardikas Tetrops praeusta). Mõnikord määrab silmade kuju ja suuruse tunnused teatud soo järgi. Seega on isastel silmad tavaliselt rohkem arenenud kui emastel, mis on eriti ilmne droonide ja töömesilaste näitel. Hobusekärbestel puudutavad nad isastel keskel ja emastel ei puutu.

Alumises osas, pea kõrval, on iga silm piiratud basaal- ehk sõelamembraaniga. Selles on vastavalt ommatidia arvule palju auke, millest läbivad nägemisnärvi kiud. Nende kaudu sisenevad nad silma, tungides sellesse ja läbides nende vahelt. Silma asemel moodustab see üsna sügava eendi, moodustades silmakapsli ehk silma; see on silma tugistruktuur.

Ommatiidium liitsilma struktuuriüksusena

Erineb ka silma struktuuriüksuste põiksuurus (läbimõõt), kuid igal juhul mõõdetakse seda mikronites. Maybugi läbimõõt on 20 mikronit, Ameerika prussaka läbimõõt on 32 mikronit.

Ommatidia visuaalsed teljed peaksid olema pinnaga ligikaudu risti, seega mida rohkem ruumi nad hõivavad, seda kumerad on putukate silmad. Silmade tugev punn ei ole aga seotud mitte niivõrd hea nägemisega, kuivõrd suure vaateväljaga, vähemalt ööpäevaste liikide puhul.

Ommatidia detailne struktuur on üsna keeruline ja seda arutatakse tüüpilise apositsioonisilma näitel (selle termini selgitus järgmises jaotises). Iga liitsilma üksuse struktuuris on kolm funktsionaalset struktuuride kompleksi ehk kolm aparaati:

dioptrid (murduv)

Koosneb läätsedest, murrab ja suunab valgust.

retseptor (tajuv)

Võtab vastu ja edastab visuaalset teavet.

pigmendi isoleerimise aparaat

Ommatidiumi struktuur

1 - sarvkest, 2 - juurrakk,

3 - kristalne koonus, 4 - Semperi rakud,

5 - võrkkesta rakud, 6 - nägemispulk,

7 - sekundaarsed pigmendirakud,

8 - võrkkesta pigmendirakud,

9 - keldrimembraan

Visuaalsed abivahendid ommatidia

Dioptriaparaat

koosneb järgmistest osadest (väljast sissepoole): (foto)

Retseptor aparaat

sisaldab veel mitmeid komponente:

Võrkkesta rakud- piklikud struktuurid, mis asuvad kristallkoonuse all tala kujul (5 per (foto) ).
Visuaalne võlukepp (rabdom)- piklik moodustis, mis koosneb võrkkesta rakkude sekretsiooniproduktidest ja asub nende kimbu keskel. Ristlõikes moodustavad rabo ja võrkkesta rakud "lille" mustri, kus rabadom on telje suunas, olles "südamik" ja võrkkesta rakud paiknevad selle ümber nagu kroonlehed (6 kohta (foto)).
nägemisnärvid närvid, mis edastavad teavet kesknärvisüsteemi.

Pigmendiaparaat

isolatsioonil on 3 koosseisu:

Sarvkesta rakud (peamised pigmendid).: samad, mis toodavad objektiivi. Need täituvad pigmendiga ja isoleerivad läätse naaberommatidia sarvkestast.
sekundaarsed pigmendirakud- isoleerige igaüks teistest kristallkoonuse tasemel (7 per (foto) ).
võrkkesta pigmendirakud- täidavad sama funktsiooni, kuid madalamal, võrkkesta rakkude ja nägemispulga asukoha tasemel (8 per (foto) ).

neurosuperpositsiooni silm

Sellised silmad eristuvad selle poolest, et neis on summeeritud närvisignaalid teatud osa nägemisrakkudest, millesse valgus tuleb ühest kohast. Kärbestel on seda tüüpi silmad.

Putukate nägemine

Naabruses asuvates ommatiidides on nägemisteljed üksteisele väga lähedal, mis annab putukatele võimaluse üksteise lähedal asuvaid punkte paremini eristada. Selle tulemusena on nende nägemisteravus umbes 3 korda kõrgem kui inimesel. Objekti silmast eemaldamisel nägemine aga halveneb; seega on putukad inimstandardite järgi lühinägelikud.

Liitsilmade eeliseks on ka see, et paljud ommatiidid võimaldavad paremini jälgida värelevaid ja kiiresti liikuvaid objekte. Meie jaoks moodustub pidev pilt ekraanil, kui film liigub kiirusega 16 kaadrit sekundis ja putukate jaoks - 250-300. See loob neile kiire eelise.

Putukad võivad tajuda valguse polarisatsiooni. Nad mitte ainult ei näe kõiki objekte mahuliselt, vaid eristavad peeneid toone ja inimsilmale kättesaamatud värvide mängu. Enamikul putukatel on värvinägemine, must ja valge ainult algelistel vormidel, mis elavad koobastes, suures jahumardikas ja termiitides. Nende lendavatel taimtoidulistel liikidel on ultraviolettspektris tajumisele "häälestatud" valgusvastuvõtja, tänu millele eristavad nad paremini lillede tuppkesi õhust.