Перейти к содержимому

У мухи зрение: Почему муху так сложно прихлопнуть? / Хабр

Содержание

Почему муху так сложно прихлопнуть? / Хабр

Попробуйте прихлопнуть муху, и вскоре вы убедитесь, что она быстрее вас. Намного быстрее. Но каким же образом эти крохотные существа с их мельчайшим мозгом так легко нас обманывают?

Вы, вероятно, размышляли об этом, после того, как бегали за мухой по всему дому, размахивая тапком, и раз за разом неудачно им хлопая. Как она так быстро двигается? Она что, читает мои мысли?

Этот вопрос был освещён в последнем эпизоде нашей передачи BBC World Service CrowdScience, где рассказывалось о суперспособностях маленьких животных. Суть ответа состоит в том, что по сравнению с нами, мухи воспринимают наш мир в замедленном виде.

Для иллюстрации обратите внимание на часы с секундной стрелкой. Человек видит перемещения стрелки с определённой скоростью. Для черепахи эта скорость в два раза больше. Для большей части видов мух каждое тиканье часов длится примерно в четыре раза дольше. Воспринимаемая скорость времени у разных видов разная.



Это происходит оттого, что животные воспринимают окружающий их мир в виде непрерывного видео. На самом деле они строят эту картинку на основе изображений, поступающих из глаз в мозг в виде отдельных вспышек, определённое количество раз в секунду. У человека происходит примерно 60 таких вспышек в секунду, у черепах – 15, у мух – 250.

Всё относительно

Скорость, с которой эти изображения обрабатываются мозгом, называется "

скоростью слияния мельканий

". Обычно, чем меньше вид, тем больше у него скорость слияния – и тут мухи нас сильно опережают.

Профессор Роджер Харди из Кембриджского университета изучает работу глаз мухи, и у него есть эксперимент для определения скорости слияния мельканий.

«Скорость слияния мельканий – это просто мера того, как быстро нужно отключать и включать обратно свет, чтобы он казался непрерывным», – говорит профессор Харди.

Роджер вставляет крохотные стеклянные электроды в живые светочувствительные клетки глаз – фоторецепторы – а затем использует светодиоды, мигающие со всё увеличивающейся скоростью.

Каждая вспышка светодиода вызывает небольшой электрический ток в фоторецепторах, и его можно увидеть на экране компьютера. Тесты показывают, что наиболее быстрые мухи реагировали на мигание, происходящее до 400 раз в секунду – это больше, чем в шесть раз превышает нашу скорость.

Самое быстро зрение из всех было обнаружено у мух, которых буквально называют «мухи-убийцы» [судя по всему, имеется в виду вид Coenosia attenuata, т.н. муха-охотник, происходящая с юга Европы / прим. перев.]. Это небольшие хищные мухи, живущие в Европе, ловящие других мух в воздухе, и обладающие сверхбыстрой реакцией. В мушиной лаборатории Кембриджского университета доктор Палома Гонзалес-Беллидо демонстрирует охоту мух-убийц, выпуская в специальный бокс для съёмки жертв в виде плодовых мушек.

Палома записывает их поведение на скорости в 1000 кадров в секунду при помощи специальной камеры. Соединённый с нею компьютер записывает видео, которое перезаписывается каждые 12 секунд. Во время движения мухи Палома нажимает кнопку, если хочет, чтобы последние 12 секунд видео записались надолго.

«Наше время реакции настолько плохое, что если бы мы захотели остановить видео, думая, что что-то происходит, оно бы уже произошло», – говорит Гонзалес-Беллидо. Мы даже не успеваем нажать кнопку до того, как всё произойдёт – настолько это быстро.

Муха против мухи

Попав в бокс с жертвами, муха-убийца сначала сидела неподвижно, но как только плодовая мушка пролетела в 7 см от неё, сделала резкое движение, и внезапно муха-убийца оказалась на дне коробки, пережёвывая дрожащую мушку.

Только при просмотре замедленного видео на компьютере стало понятно, что произошло: муха-убийца взлетела, облетела плодовую мушку вокруг три раза, постоянно пытаясь схватить, а затем ей всё же удалось схватить её за передние лапки.

И вся эта история заняла всего одну секунду. Глаза воспринимают это как мелькание, поэтому хлопающая рука человека для мухи должна двигаться с черепашьей скоростью.

Чтобы муха-убийца могла двигаться так быстро, опережая даже других мух, светочувствительные клетки в её глазах содержат гораздо больше митохондрий («батареек» биологических клеток"), чем у других мух.

Это батареи, питающие клетку, поэтому быстрое зрение должно отнимать больше энергии, чем медленное. Это объясняет, почему глаза просто не установлены в режим самого быстрой работы из возможных.

Плотоядная диета мух-убийц даёт им много энергии, необходимой для питания высокоэнергетических клеток. Но даже если бы в клетках наших глаз было столько же митохондрий, у нас не было бы такого скоростного зрения, поскольку светочувствительные клетки мух устроены совсем по-другому, не как у позвоночных.

Причиной структурных различий в строении глаз является эволюция. У членистоногих и позвоночных, групп для мух и людей соответственно, эволюция глаз шла раздельно последние 700-750 млн лет.

Теория струн

Глаза мух эволюционировали, чтобы воспринимать свет через набор крохотных струноподобных структур, расположенных горизонтально по пути следования света в глазу. Эти структуры механически реагируют на свет, в то время как у позвоночных есть вытянутые клетки, похожие на трубочки, направленные в сторону света, в которых на свет реагируют химические соединения.

Роджер в своей лаборатории изучает структуру глаза мухи. «Он более чувствительный, в том смысле, что способен выдавать большой сигнал для самого малого количества света, а также он может реагировать быстрее, чем палочки и колбочки в глазу позвоночных», – поясняет он.

Этой повышенной чувствительности есть несколько причин, но именно Харди обнаружил, что они реагируют на свет механически, а не химически, как колбочки и палочки.

Механическое реагирование позволяет быстрее создавать нервные сигналы. Кроме того, существует ограничение скорости, с которой нервные импульсы могут идти – и короткое расстояние между глазом и мозгом мухи ускоряет процесс по сравнению с крупными позвоночными.

У некоторых позвоночных зрение быстрее нашего. Судя по всему, умение летать коррелирует со скоростью зрения, как и малый размер. Возможно, это связано с тем, что небольшие летающие животные должны уметь быстро реагировать в полёте, чтобы избегать приближающихся препятствий.

Замедленные хлопки

Самое быстрое зрение обнаружено у видов, ловящих мух в воздухе.

Исследуя зрение мухоловки-пеструшки, небольшой птички отряда воробьинообразных, ловящей мух на лету, учёные из Университета в Упсала в Швеции обнаружили, что она способна различать мигание света со скоростью 146 раз в секунду.

Птиц дрессировали так, чтобы они связывали мигающий свет с угощением, и они успешно отличали мигающий свет до скоростей 146 раз/с. Это примерно в два раза быстрее, чем могут видеть люди, но не так быстро, как у средней мухи. А это значит, что птицы, как и мухи, воспринимают каждое тиканье часов медленнее людей.

На мухоловок давит эволюция, заставляя воспринимать ход времени так медленно, как это возможно, чтобы опередить их быструю добычу. В ходе эволюции птицы, воспринимающие время медленнее, могут быстрее реагировать на добычу, едят больше, выращивают больше птенцов и передают скоростное зрение будущим поколениям.

Мухи, которых ловят птицы с быстрым зрениям, тоже будут вырабатывать ускоряющуюся реакцию, чтобы избежать поимки. Эта эволюционная гонка вооружений идёт больше, чем существуют сами птицы.

Мухи, бывшие добычей, вырабатывали быстрое зрение, чтобы избежать поимки хищных мух с тех пор, как они научились летать.

В следующий раз, когда вы безуспешно попытаетесь прихлопнуть муху, не расстраивайтесь. Ваше неуклюжее и медленное движение встретилось с миллионами лет естественного отбора, который позволил мухам воспринимать ваши попытки в замедленном виде. В общем, для вас и для мухи время, судя по всему, идёт относительно.

Как видят мухи? Панорамная камера «глаз мухи»

Как видят мухи? Панорамная камера «глаз мухи»

Подробности
Просмотров: 524

Удивительными, необычными глазами обладает обыкновенная муха!
Впервые люди смогли посмотреть на мир глазами насекомого в 1918 г. благодаря немецкому ученому Екснеру. Экснер доказал наличие необычного мозаичного зрения у насекомых. Он сфотографировал окно сквозь фасеточный глаз светляка, помещенный на предметное стекло микроскопа. На фотографии было видно изображение оконного переплета, а за ним расплывчатые очертания собора.

Сложные глаза мухи называются фасеточными, состоят они из многих тысяч крохотных, отдельных шестиугольных глазков-фасеток, называемых омматидиями. Каждый омматидий состоит из линзочки и примыкающего к ней длинного прозрачного кристаллического конуса.

У насекомых фасеточный глаз может иметь от 5000 до 25 000 фасеток. Глаз комнатной мухи состоит из 4000 фасеток. Острота зрения у мухи низкая, видит она в 100 раз хуже человека. Интересно, что у насекомых острота зрения зависит от числа фасеток в глазу!
Каждая фасетка воспринимает лишь часть изображения. Части складываются в одну картину, и муха видит "мозаичную картину" окружающего мира.

Благодаря этому муха имеет почти круговое поле зрения на 360 градусов. Она видит не только то, что находится впереди нее, но и то, что творится вокруг и сзади, т.е. крупные фасеточные глаза позволяют мухе одновременно смотреть в разные стороны.

В глазах мухи отражение и преломление света происходит таким образом, что максимальная его часть попадает внутрь глаза под прямым углом, вне зависимости от угла падения.

Фасеточный глаз - это растровая оптическая система, в которой в отличие от глаза человека нет единой сетчатки.
Каждый омматидий имеет свой диоптрический аппарат. Кстати, понятия аккомодации, близорукости или дальнозоркости для мухи не существует.

Муха, как и человек, видит все цвета видимого спектра. Кроме того муха способна различать ультрафиолет и поляризованный свет.

Понятия аккомодации, близорукости или дальнозоркости мухе не знакомы.
Глаза мухи очень чувствительны к изменению яркости света.

Изучение фасеточных глаз мухи показало инженерам, что муха способна очень точно определять скорость объектов, движущихся на огромной скорости. Инженеры скопировали принцип мушиных глаз для создания быстродействующих детекторов, определяющих скорость летящих самолетов. Такой прибор получил название "глаз мухи".

Ученые Федеральной политехнической школы Лозанны изобрели камеру с обзором на 360 градусов, позволяющую трансформировать изображение в формат 3D, не искажая его. Они предложили совершенно новую конструкцию, источником вдохновения послужило устройство глаза мухи.
По форме камера напоминает маленькую полусферу размером с апельсин, по поверхности расположены 104 мини-камеры, наподобие тех, что встроены в мобильные телефоны.

Эта панорамная камера дает трехмерное изображение на 360 градусов. Однако каждую из составных камер можно использовать и отдельно, перенося внимание зрителя на определенные участки пространства.
Этим изобретением ученые разрешили две основные проблемы традиционных кинокамер: неограниченного в пространстве ракурса и глубины резкости.

ГИБКАЯ КАМЕРА НА 180 ГРАДУСОВ

Группа исследователей из университета Иллинойса под руководством профессора Джона Роджерса создали фасетчатую камеру, работающую принципу глаза насекомого.
Новое устройство внешне, и по своиму внутреннему строению напоминает глаз насекомого.

Камера состоит из 180 крошечных линз, у каждой из которых есть свой собственный фотодатчик. Это позволяет каждой из 180 микрокамер действовать автономно, в отличие от обычных камер. Если проводить аналогию с миром животных, то 1 микролинза - это 1 фасетка глаза мухи. Далее данные в низком разрешении, полученные микрокамерами, поступают в процессор, где эти 180 маленьких картинок собираются в панораму, ширина которой соответствует углу обзора в 180 градусов.

Камера не требует фокусировки, т.е. объекты, находящиеся близко, видно так же хорошо, как и объекты, находящиеся вдали. Форма камеры может быть не только полусферической. Ей можно придать практически любую форму. . Все оптические элементы выполнены из эластичного полимера, который используют при изготовлении контактных линз.
Новое изобретение может найти широкое применение не только в системах охраны и наблюдения, но и в компьютерах нового поколения.




У мух и людей восприятие оптических иллюзий оказалось одинаковым - Наука

ТАСС, 24 августа. Нейрофизиологи выяснили, что мухи-дрозофилы и люди одинаково воспринимают оптические иллюзии. Кроме того, ученые выяснили механизм возникновения подобных обманов зрения: они могут быть связаны с нейронами, которые помогают насекомым и людям распознавать движущиеся объекты. Результаты работы опубликовал научный журнал Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Иллюзию движения на статических картинках мухи воспринимают абсолютно так же, как это делаем мы. Последний общий предок людей и мух жил почти полмиллиарда лет назад, но оба вида выработали похожую стратегию распознавания движения. Если мы поймем, как они работают, то сможем узнать секреты устройства зрения человека", – рассказал один из авторов исследования, доцент Йельского университета (США) Деймон Кларк.

За последние десять лет биологи нашли множество свидетельств того, что те звуки и изображения, которые мы слышим или видим – это не объективное отражение реальности. Органы чувств и мозг человека активно "редактируют" картину мира, дополняя ее или удаляя ненужные элементы. К примеру, недавно ученые обнаружили, что люди не слышат биение своего собственного сердца, поскольку мозг отфильтровывает сигнал, который попадает в звуковую кору из ушей.

Аналогичным образом нервная система человека при ходьбе и беге стабилизирует картинку, несмотря на то, что положение глаз и давление внутри них постоянно меняется во время движения. Есть и пример обратного явления: вдохи и выдохи существенным образом влияют на процесс принятия решений и свободу воли человека, однако сам индивид этого не осознает.

Кларк отмечает, что платой за эту "дополненную реальность" становится то, что подобные приемы по очистке и улучшению качества воспринимаемой картинки или звука достаточно часто порождают иллюзии или не позволяют человеку корректно распознать объект, с которым он имеет дело. Примером такой иллюзии может послужить опубликованный в 2015 году снимок платья, которое одним пользователям казалось сине-черным, а другим – бело-золотым.

В последние годы ученые начали активно исследовать, насколько эта особенность работы зрения характерна для других представителей фауны. Есть множество свидетельств того, что животные часто используются иллюзии, чтобы отпугивать хищников и паразитов, а также привлекать внимание особей противоположного пола. Однако пока нейрофизиологи и зоологи не знают, как именно они работают.

Игра света и тени

Кларк и его коллеги выяснили, как появляется одна из самых распространенных иллюзий подобного рода, которую вызывают статические объекты, покрытые градиентной заливкой. Опыты показывают, что люди и млекопитающие считают, будто покрытый таким узором объект движется – при том, что на самом деле этого не происходит.

Нейрофизиологи пока не могут объяснить, как возникает эта иллюзия. Одни называют причиной то, что мозг людей и животных обрабатывает светлые и темные участки изображения с разной скоростью. Другие предполагают, что мозг путает градиенты с быстрыми передвижениями глаз и пытается "удалить" их с картинки, что и вызывает фантомное движение.

Йельские нейрофизиологи выяснили, что первая теория была ближе к истине. Для этого ученые наблюдали за мушками-дрозофилами. Ученые избирательно отключали у насекомых некоторые нейроны в центрах зрения, которые предположительно задействованы в распознавании движений.

Для этих экспериментов ученые сажали дрозофил в специальную миниатюрную "клетку" и наблюдали за тем, как менялось их поведение при отключении того или иного набора нервных клеток. Параллельно ученые проверяли, как такие же иллюзии влияют на людей, спрашивая их о том, в какую сторону "двигалась" комната и что они ощущали.

Благодаря этому ученые выделили две группы нервных клеток, T4 и T5. Первая из них распознает движения светлых участков на изображении, а вторая – темных. Отключая одну из них, исследователи заставляли мушек считать, что иллюзия двигалась в одну сторону. Если же они нейтрализовывали обе, то мушки переставали видеть ее вовсе.

Наблюдения за добровольцами показали, что схожим образом работают и центры зрения человека. Совместное изучение их структуры и уникальных особенностей, характерных для людей и мушек, поможет понять, как эволюция "изобрела" эту способность зрительных систем почти всех многоклеточных животных, подытожили исследователи.

Узнаем как видят мир насекомые? Узнаем как видят мухи человека? Интересные факты о зрении насекомых.

Способность видеть окружающий мир во всем спектре его цветов и оттенков - уникальный дар природы человеку. Мир красок, который способны воспринимать наши глаза, яркий и удивительный. Но человек не единственное живое существо на этой планете. Животные и насекомые также видят предметы, цвета, ночные очертания? Как видят мухи или пчелы нашу комнату, к примеру, или цветок?

Глаза насекомого

Современная наука с помощью специальных приборов сумела увидеть мир глазами разных животных. Это открытие стало сенсацией в свое время. Оказывается, многие братья наши меньшие, а особенно насекомые, видят совсем не ту картинку, которую наблюдаем мы. Видят ли мухи вообще? Да, но совсем не так, и получается, что мы и мухи, да и другие летающие и ползающие, живем вроде в одном мире, но совсем непохожем.

Все дело в строении глаза. У насекомых он не один или, вернее, не совсем один. Глаз насекомого – это собранные воедино тысячи маленьких глаз, или фасеток, или омматидий. Выглядят они как конусные линзы. Каждый такой омматидий видит разную, только ему доступную часть картинки. Как видят мухи? Изображение, которое они наблюдают, похоже на картинку, собранную из мозаики, или пазл.

Острота зрения насекомых зависит от количества омматидий. Самая зрячая – стрекоза, у нее омматидий - аж около 30 тысяч. Бабочки тоже зрячие – около 17 тысяч, для сравнения: у мухи – 4 тысяч, у пчелы – 5. Самый слабовидящий - муравей, его глаз вмещает всего 100 фасеток.

Круговая оборона

Еще одна способность насекомых, отличительная от человеческой, – возможность кругового обзора. Глаз-линза способен видеть все на 360о. Среди млекопитающих самый большой угол зрения у зайца – 180о. Поэтому он и прозван косым, а что делать, если врагов столько. Лев вот врагов не боится, и глаза у него рассматривают меньше 30о горизонта. У маленьких насекомых природа компенсировала нехватку роста способностью видеть всех, кто к ним подкрадывается. Чем еще отличается зрительное восприятие насекомых, так это быстротой смены картинки. За время быстрого полета они успевают заметить все, что люди на такой скорости лицезреть не могут. Например, как видят мухи телевизор? Если бы наш глаз был таким, как у мухи или пчелы, крутить пленку нужно было бы в десять раз быстрее. Поймать муху сзади практически нереально, она видит взмах руки быстрее, чем он происходит. Человек кажется насекомым медлительной черепахой, а черепаха – вообще неподвижным камнем.

Цвета радуги

Практически все насекомые - дальтоники. Цвета они различают, но по-своему. Интересно, что глаза насекомых и даже некоторых млекопитающих не воспринимают красный цвет совсем или видят его как синий, фиолетовый. Для пчелы красные цветы выглядят черными. Растения, которым нужно опыление пчел, не цветут красным. Большинство ярких цветов алые, розовые, оранжевые, бордовые, но не красные. Те редкие, которые позволяют себе красный наряд, опыляются другим образом. Вот такая взаимосвязь в природе. Трудно представить, каким образом удалось ученым выяснить, как видят мухи расцветку комнаты, но оказывается, что любимым их цветом является желтый, а голубой и зеленый их раздражает. Вот так вот. Чтобы в кухне было мух меньше, просто нужно ее правильно покрасить.

Видят ли мухи в темноте?

Мухи, как большинство летающих насекомых, ночью спят. Да-да, им тоже нужен сон. Если муху постоянно сгонять и не давать ей спать на протяжении трех суток, она умирает. Мухи видят в темноте плохо. Это насекомые с круглыми глазами, но близорукие. Им не нужны глаза для поиска пищи.

В отличие от мух рабочие пчелы видят ночью хорошо, что позволяет им работать и в ночную смену тоже. Ночью цветы благоухают резче и соперников на нектар меньше.

Хорошо видят ночью навозные жуки, но несомненным лидером по зрению в темноте признан американский таракан.

Форма предмета

Интересно восприятие формы предмета разными насекомыми. Специфика в том, что они могут совсем не воспринимать простые формы, которые не нужны для их жизнеспособности. Пчелы, бабочки не видят предметов простых форм, особенно неподвижных, зато их привлекает все, что имеет сложные формы цветов, особенно если они движутся, колышутся. Этим объясняется, в частности, и то, что пчелы и осы редко жалят стоящего неподвижно человека, а если и жалят, то в область губ, когда он разговаривает (движет губами). Мухи и некоторые другие насекомые человека не воспринимают, садятся они на него просто в поисках еды, которую ищут по запаху и видят датчиками на лапах.

Общие особенности зрения насекомых

  • Красный цвет способны различить только бабочки – они и опыляют редкие цветы такой гаммы.
  • Строение глаза у всех фасеточное, разница - в количестве омматидий.
  • Трихромазия, или способность преображать цвета в три основных: фиолетовый, зеленый и ультрафиолетовый.
  • Способность переламывать и отражать световые лучи и видеть картинку окружающей действительности целиком.
  • Способность рассматривать картинки, которые меняются очень быстро.
  • Насекомые умеют ориентироваться по солнечному свету, поэтому ночные бабочки слетаются к лампе.
  • Бинокулярное зрение помогает хищникам в мире насекомых точно определять расстояния до своей жертвы.

Сложные или фасеточные глаза | справочник Пестициды.ru

У высших насекомых органы зрения не одинаковы по своему строению. На лбу или темени у них находятся три простых глазка (в середине – дорсальный, по бокам от него – латеральные), а по бокам головы располагаются два сложных фасеточных глаза. Они встречаются у взрослых насекомых, а также у личинок с неполным превращением, и передают в мозг большую часть получаемой визуальной информации.[3]

Общее строение глаз

Глаза есть у большинства насекомых, и лишь относительно небольшое количество таксонов ими не обладают. К примеру, их нет у некоторых примитивных видов, а также у странствующих муравьев Ection. В большинстве случаев глаза представлены в виде двух отдельных образований, однако, например, у стрекоз они настолько велики, что сходятся в единую структуру на темени.

Внешнее строение глаза насекомого. Фасетка.

Внешнее строение глаза насекомого.

Фасетка.

Использовано изображение:[6]

По форме сложные органы зрения чаще близки к округлым, однако в ряде случаев они каплевидные (как у богомола) или почковидные, так как имеют вырезку, на которой «сидит» антенна (как у ивового толстяка Lamia textоr). В некоторых случаях вырезка настолько резкая, что отделяет верхнюю и нижнюю часть глаза друг от друга, из-за чего кажется, что глаз у насекомого не два, а четыре (пример – жук Tetrops praeusta). Иногда особенности формы и размера глаз определяются принадлежностью к тому или иному полу. Так, самцы обычно имеют более развитые глаза, нежели самки, что особенно видно на примере трутней и рабочих пчел. У слепней они соприкасаются в середине головы у самцов и не соприкасаются у самок.[3]

Фасеточные глаза состоят из отдельных структурных единиц, которые называются омматидиями. Роговицы (наружные линзы) омматидиев тесно сближены между собой и при рассматривании глаза с поверхности выглядят как шестигранники. Эти шестигранники носят название фасеток, из-за чего сложные глаза также известны как фасеточные.[2](фото)

В нижней части, прилежащей к голове, каждый глаз ограничен базальной, или ситовидной мембраной. В ней, согласно количеству омматидиев, имеется множество отверстий, через которые проходят зрительные нервные волокна. Через них же в глаз входят трахеи, пронизывающие его и проходящие между омматидиями. На месте глаза головная капсула образует довольно глубокое впячивание, образуя глазную капсулу, или глазной склерит; он является опорной структурой глаза.[3]

Окраска глаз насекомых

Окраска глаз насекомых


1 – равномерная у мухи; 2 – пятнистая у пчелы-плотника

3 – полосатая у журчалки; 4 – ложный зрачок у стрекозы

Использовано изображение:[9][5][8][7]

Омматидий как структурная единица сложного глаза

В некоторых случаях омматидии сравнивают по строению с дорсальными глазками, однако анатомически они представляются, скорее, более похожими на латеральные. Тем не менее, даже несмотря на это сходство, они имеют ряд индивидуальных особенностей.

Количество омматидиев в глазу насекомого может быть различным, однако в большинстве случаев оно очень велико. Глаз комнатной мухи включает до 4000 структурных единиц, у некоторых бабочек каждый орган зрения объединяет в себе до 17 000 омматидиев, а у стрекоз, отличающихся особенно крупными размерами глаз, количество мелких элементов достигает 28 000. Одновременно, существуют насекомые, у которых их гораздо меньше. К примеру, рабочие муравьи имеют сложные глаза, в которых «всего» 100-600 омматидиев, а у рабочей касты Ponerapunctatissima каждый сложный глаз представлен лишь одним омматидием.[3][2]

Поперечный размер (диаметр) структурных единиц глаза также отличается, однако он, в любом случае, измеряется в микронах. Омматидии майского жука по диаметру равны 20 микрон, американского таракана – 32 микрона.

Зрительные оси омматидиев должны быть примерно перпендикулярны поверхности головы, поэтому, чем большее пространство они занимают, тем более выпуклы глаза насекомых. Однако сильная выпуклость глаз говорит не столько о хорошем зрении, сколько о большом поле обзора, по крайней мере, у дневных видов.[3]

Подробное строение омматидиев довольно сложно и будет рассмотрено на примере типичного аппозиционного глаза (объяснение данного термина в следующем разделе). В структуре каждой единицы фасеточных глаз находится три функциональных комплекса структур, или три аппарата:

  • диоптрический (преломляющий)

Состоит из линз, преломляет и направляет свет.

  • рецепторный (воспринимающий)

Воспринимает и передает зрительную информацию.

  • аппарат пигментной изоляции

Изолирует каждый омматидий от других и придает глазам окраску, которая может быть однородной или неравномерной. Даже в пределах одного органа зрения различные омматидии могут отличаться по строению этого аппарата, количеству и расположению пигмента в нем, поэтому при рассматривании со стороны глаза некоторых насекомых кажутся пятнистыми, полосатыми или даже имеют ложный зрачок. [3](фото)

Строение омматидия

Строение омматидия


1 – роговица, 2 – корнеагенные клетки,

3 - кристаллический  конус, 4 – клетки Земпера,

5 – ретинальные клетки, 6 – зрительная палочка,

7 – побочные пигментные клетки,

8 – ретинальные пигментные клетки,

9 – базальная мембрана

Использовано изображение:[4]

Зрительные аппараты омматидия

состоит следующих частей (снаружи внутрь): (фото)
  • Роговица, или хрусталик – наружная прозрачная двояковыпуклая или плосковыпуклая линза. Представлена измененной кутикулой (1 на (фото)).
  • Корнеагенные клетки – клетки, вырабатывающие вещество роговицы; благодаря им, хрусталик может сменяться на новый, так что при линьке кутикула сбрасывается не только с поверхности тела, но и с глаз. Обычно корнеагенных клеток две, они лежат глубже роговицы (2 на (фото)).[2]
  • Стекловидное тело (кристаллический конус, хрустальный конус) (3 на (фото)) – образование, имеющее конусовидную структуру и обращенное основанием к роговице. Оно играет роль второй преломляющей линзы (собирательной). Состоит из прозрачных клеток или является продуктом секреции особых клеток, лежащих вокруг него (клеток Земпера) (4 на (фото)).[3]
включает еще несколько компонентов омматидия:
  • Ретинальные клетки – вытянутые структуры, которые располагаются ниже кристаллического конуса в виде пучка (5 на (фото)).
  • Зрительная палочка (рабдом) – продолговатое образование, состоящее из продуктов секреции ретинальных клеток и находящееся в центре их пучка. В поперечном срезе рабдом и ретинальные клетки формируют картину «цветка», где рабдом занимает осевое положение, являясь «сердцевинкой», а ретинальные клетки расположены вокруг него, подобно лепесткам (6 на (фото)).
  • Зрительные нервы – нервы, передающие информацию в центральную нервную систему.
изоляции имеет в своем составе 3 образования:
  • Корнеагенные (главные пигментные) клетки: те же самые, которые вырабатывают кутикулу хрусталика. Они заполняются пигментом и изолируют хрусталик от роговиц соседних омматидиев.
  • Побочные пигментные клетки – изолируют каждый омматидий от других на уровне хрустального конуса (7 на (фото)).
  • Ретинальные пигментные клетки – выполняют ту же функцию, но ниже, на уровне расположения ретинальных клеток и зрительной палочки (8 на (фото)).

Таким образом, каждый омматидий в типичном глазе оказывается изолирован на всем протяжении и защищен от попадания на него боковых лучей.[3]

Свечение глаз у ночной бабочки

Свечение глаз у ночной бабочки


Использовано изображение:[10]

Типы глаз

В зависимости от особенностей строения, выделяют три основных морфофункциональных типа глаз.

Его структура была рассмотрена выше как основная. Главная черта строения этого глаза состоит в том, что каждый омматидий в его составе «работает» изолированно. В результате, общая визуальная картина для насекомого состоит из отдельных «кусочков», складывающихся вместе. Такое строение идеально для хорошего освещения, поэтому аппозиционные глаза имеются у дневных насекомых.[3][2]

Пигмент в аппарате пигментной изоляции может перемещаться внутри клеток, что делает омматидии полупроницаемыми для боковых лучей. Благодаря этому, насекомые с такими глазами хорошо видят при слабом освещении и в темноте. У ночных насекомых входящие в глаз трахеи также пересекаются в одной плоскости и образуют пластинкообразное сплетение, называемое трахейным тапетумом. Он обладает способностью отражать лучи, и именно благодаря ему у видов с суперпозиционными глазами при слабом освещении глаза отсвечивают красным.[3](фото)

Такие глаза отличаются тем, что в них происходит суммирование нервных сигналов от некоторой части зрительных клеток, свет в которые приходит из одного места. Такой тип глаза имеется у мух.[1]

Зрение насекомых

У соседних омматидиев зрительные оси сильно сближены между собой, что дает насекомым способность лучше различать точки, находящиеся близко друг к другу. В результате, острота их зрения примерно в 3 раза выше, чем у человека. Вместе с тем, при удалении объекта от глаза зрение ухудшается; таким образом, насекомые, по человеческим меркам, близоруки.

Еще одно преимущество фасеточных глаз состоит в том, что множество омматидиев позволяет лучше следить за мелькающими и быстро перемещающимися объектами. Для нас слитное изображение на экране формируется при движении пленки 16 кадров в секунду, а для насекомых – при 250-300. Это создает им преимущество при быстром полете.

Насекомые могут воспринимать поляризацию света. Мало того, что они видят все объекты объемными, они различают тонкие оттенки и переливы цветов, недоступные человеческому глазу. У большинства насекомых зрение цветное, черно-белое имеется лишь у примитивных форм, обитающих в пещерах, у большого мучного хрущака и термитов. У летающих растительноядных видов них есть светоприемник, «настроенный» на восприятие в ультрафиолетовом спектре, благодаря чему они лучше различают чашечки цветков с воздуха.[2]

 

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:

1.

Биологический энциклопедический словарь. М.: Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия». – 1995 г. - 863 с.

2.

Захваткин Ю.А., Курс общей энтомологии, Москва, «Колос», 2001 - 376 с.

3.

Шванвич Б.Н. Курс общей энтомологии. — М.Л. Советская наука. 1949.—900 с., ил.

Изображения (переработаны):

4.

Шванвич Б.Н. Курс общей энтомологии. — М.Л. Советская наука. 1949.—900 с., ил. Иллюстрации из книги. ©

5.6.7.8.9.10. Свернуть Список всех источников

Широким взглядом дрозофилы | НИИЯФ МГУ

Автор: Григорий Колпаков, gazeta.ru
Источник: http://www.gazeta.ru/science/2013/05/21_a_5330969. shtml

Создан прибор, имитирующий глаз фруктовой мушки. Искусственный глаз имеет панорамный обзор и способен отслеживать все движения в окружающем пространстве сразу по нескольким направлениям, но ученым пришлось пожертвовать резкостью изображения.

Объединенная группа физиков из разных стран Европы сообщает в последнем номере журнала Proceedings of National Academy of Sciences о созданном ими искусственном аналоге многофасеточного глаза дрозофилы, имеющим панорамное зрение и способным отслеживать быстрые передвижения по многим направлениям одновременно.

По сравнению с глазами позвоночных, имеющими одну линзу, сотни линз фасеточного глаза фруктовых мушек и прочих членистоногих дают куда менее резкое изображение, однако позволяют насекомому иметь панорамный обзор с очень незначительными искажениями и аберрациями с высоким временным разрешением. По словам Дарио Флореано из Федеральной политехнической школы в Лозанне (Швейцария), главной сложностью при создании искусственной копии многофасеточного глаза было сделать полноценное изображение, объединив данные, получаемые с множества «фасеток», которые у насекомых называются омматидиями и которые расположены на изогнутой поверхности. В решении как раз этих задач Лаборатория разумных систем, возглавляемая доктором Флориано, оказалась особенно сильна, поскольку в круг ее интересов входит создание искусственных минисистем, имитирующих природные, и обеспечение взаимодействия между несколькими такими системами.

В результате был создан прототип искусственного глаза мухи, состоящий из 630 фотодетекторов, обеспечивающий обзор в 180 градусов и отслеживающий изменение «картинки» с частотой 300 герц.

Иначе говоря, этот «глаз» в два раза совершеннее глаза дрозофилы по количеству элементов (мушиный глаз состоит из трех сотен омматидий) и работает в три раза быстрее (тактовая частота у дрозофилы – 100 герц). Правда, до глаза стрекозы, имеющего несколько тысяч омматидий, этот прототип, названный CurvACE, не дотягивает.

CurvACE представляет собой согнутую прямоугольную полоску, размер каждой стороны такой полоски — порядка сантиметра.

Она представляет собой подложку, на которую нанесены 42 вертикальных полоски, содержащие по 15 омматидий каждая. Структура — трехслойная. Верхний слой состоит из полимерных линз, наклеенных на вертикальные стеклянные полоски и фокусирующих поступающий свет на нижнюю поверхность стекла, туда, где расположены матрицы фотодетекторов. В свою очередь, эти матрицы соединены с гибкой подложкой, которая одновременно является печатной платой, представляющей собой электронную схему, позволившую объединить все сигналы в одну картинку.

Угол обзора каждой линзочки — 4,3 градуса. В горизонтальной плоскости достаточно 42 линзочек для обзора в 180 градусов. В вертикальной плоскости обзор, конечно, существенно уже, однако при необходимости можно обеспечить панорамный обзор — это уж вопрос техники. Причем и 180 градусов горизонтального обзора — отнюдь не предел.

Достаточно соединить два уже созданных CurvACE в одну систему, и в результате получится глаз с обзором в 360 градусов.

По словам Флориано, применений у CurvACE может быть множество. В первую очередь, такой глаз можно применить в транспортных минисистемах, в том числе и летающих, для того, чтобы избежать столкновений с препятствиями и себе подобными системами точно так же, как избегают их мухи, роящиеся в воздухе, точно так же, как они в самый последний миг уворачиваются от мухобойки. Словом, такие глаза могут пригодиться везде, где требуется отслеживать быстрые перемещения в окружающем пространстве, и вообще везде, где нужны «гибкие» глаза.

Ученые назвали самого точного и зоркого хищника на Земле — Новости — Forbes Kazakhstan

Самыми точными и зоркими охотниками на Земле оказались не орлы, а мухи-ктыри, способные "нацеливаться" на жертв и перехватывать их с большого расстояния почти со 100% гарантией, говорится в статье, опубликованной в журнале Current Biology, передает РИА Новости.

"Мы знали, что ктыри обладают очень хорошим зрением по сравнению с другими мухами, но не подозревали, что они смогут на равных бороться со стрекозами, размеры которых в 10 раз больше, в пространственном разрешении их сетчатки. Аналогичным образом, мы не ожидали, что эти мухи умеют нацеливаться на жертву, как боевой самолет, хотя и подозревали, что они могут синхронизировать курс полета с жертвой", — заявила Палома Гонсалес-Беллидо (Paloma Gonzalez-Bellido) из Кембриджского университета (Великобритания).

Стрекозиный глаз

Острота зрения насекомых, как рассказывает Гонсалес-Беллидо, очень сильно зависит от размеров – как правило, чем больше членистоногое существо, тем острее будет его зрение. По этой причине обладателями самого острого зрения считались стрекозы, имеющие гигантские размеры по меркам насекомых и крупные же глаза.

Глаза насекомых помогли ученым создать идеальную широкоугольную камеру

Дело в том, что глаза насекомых состоят из множества микроскопических элементов, так называемых омматидий. Каждая такая "фасетка" представляет собой миниатюрный глаз, обладающий линзой, светочувствительными клетками и прочими элементами. Подобное устройство глаза делает его максимально чувствительным к движению, но заметно снижает четкость картинки.

Некоторые насекомые, такие как стрекозы, обошли эту проблему оригинальным способом – омматидии в их глазах обладают разными размерами. Самые крупные "фасетки" расположены в центре глаз, благодаря чему стрекозы обладают очень высокой четкостью зрения, позволяющей им ловить жертв в воздухе с высокой долей успешности, не имея при этом сложного мозга и больших глаз хищных птиц.

Гонсалес-Беллидо и ее коллеги выяснили, что мухи-ктыри (Holcocephala fusca) не уступают стрекозам в остроте зрения и умеют пользоваться своими глазами еще лучше, чем их гигантские конкуренты, наблюдая за тем, как ктыри безуспешно пытались поймать небольшое блестящее грузило диаметром в 1,3 миллиметра, который ученые вывешивали на леске в емкости с мухами.

Снимая ктырей на высокоскоростную камеру, авторы статьи заметили нечто необычное – оказалось, что анатомия глаз у этих мух идентична тому, как они устроены у стрекоз, и что они используют уникальную стратегию охоты, позволяющую им почти всегда добиваться успеха.

Так как ктыри на порядок меньше стрекоз, крупные и небольшие омматидии в их глазах имеют еще более радикальную разницу в размерах – их большие фасетки занимают всего 0,1% от всей поверхности глаза и при этом они примерно в 4-5 раз больше остальных элементов. Крупные же элементы изолированы от остальной части глаза, что повышает четкость картинки, на которую смотрят ктыри.

Инстинкт хищника

Подобные глаза, по словам Гонсалес-Беллидо и ее коллег, позволяют ктырям видеть жертву с расстояния в 50 сантиметров и нацеливаться на нее за доли секунды. Это сопоставимо с тем, как если бы человек мог мгновенно нацеливать глаза на произвольный предмет размером в несколько миллиметров с расстояния в примерно 300 метров.

Когда муха видит жертву, она "включает" уникальную программу охоты, вторая половина которой ученым никогда не встречалась ни среди птиц или млекопитающих, ни среди беспозвоночных животных.

Сначала, как рассказывает Гонсалес-Беллидо, муха корректирует вектор движения так, чтобы выйти на траекторию столкновения с жертвой, двигаясь почти параллельным курсом с ней. Подобную стратегию сближения с жертвой используют многие хищные птицы и млекопитающие, однако среди насекомых она является редкостью.

Затем, когда ктырь сближается с жертвой на определенное расстояние, около 28-30 сантиметров, включается другая, абсолютно уникальная "программа" охоты, которую ученые сравнивают с тем, как работают системы наводки у самолетов. В этот момент муха начинает выравнивать не курс, а скорость движения – она летит чуть быстрее, чем жертва, и активно маневрирует, что позволяет ей сблизиться с ней и поймать ее с очень высокой долей вероятности.

"Когда инженеры создают дронов, они часто сталкиваются с проблемой того, что их батареи не хватает на нормальную обработку изображений. В данном случае мы можем многое перенять у природы для минимизации расходов энергии. К примеру, дрон, имитирующий муху-ктыря, можно было бы использовать для уничтожения нелегальных беспилотников около аэропортов", — заключает Гонсалес-Беллидо.

У мух зрение на 360 градусов?

Вы постоянно видите это в кино, и жизнь, кажется, подкрепляет кинематографические виды зрения мухи. Часто кажется, что мухи могут видеть повсюду, когда вы пытаетесь их убить, но обладают ли мухи обзором на 360 градусов?

По сравнению с людьми, мухи видят совершенно новый мир

Все, что видят мухи, на самом деле кажется совсем другим, чем они видят нас. Трудно представить, что синий цвет отличается от знакомого нам синего цвета, например, но мухи интерпретируют такие вещи, как формы, цвета, свет и даже движения, иначе, чем мы воспринимаем их как людей.

Как люди, мы можем создавать восприятие глубины, используя оба глаза. Мы можем видеть с помощью обоих по отдельности, но когда мы используем их одновременно, это дает нам лучшее зрительное восприятие.

У мух особый вид глаз, который считается сложным глазом. Это означает, что их глаза на самом деле представляют собой тысячи крошечных «глаз», которые работают вместе.

Отличие людей от мух в том, что мы можем концентрироваться и видеть только одну конкретную вещь за раз — то, на что мы хотим смотреть.Однако мухи способны видеть много вещей одновременно.

Мухи не могут смотреть по сторонам и сосредотачиваться на разных вещах, как это делаем мы; они просто принимают все вещи от каждого рецептора одновременно.

Нет зрачков, нет проблем

Еще одна вещь, которая есть у людей и которой нет у мух, это зрачки. У людей это регулирует попадание света в глаза. Без зрачков и способности контролировать падающий свет мухи не могут сосредоточиться на том, что видят.

Это дает мухам возможность действительно видеть вещи только на небольшом расстоянии от них.Вы когда-нибудь подходили очень близко к мухе, пытающейся ударить ее, только чтобы она улетела в последнюю секунду? Это потому, что вы попали в их поле зрения, когда подошли ближе, поэтому им было легко увидеть, как вы приближаетесь.

Еще одна причина, по которой мухи кажутся такими пугливыми, заключается в том, что, хотя у них и есть почти 360-градусное зрение, не очень ясно, что они видят. Чаще всего они понятия не имеют, что попадает в их поле зрения, поэтому это может быть опасным или безвредным, к сожалению для них, они понятия не имеют, поэтому большинство мух, как правило, перестраховываются.Если у них нет этой встроенной склонности, они заканчивают как блин мухи.

Мухи также в некоторой степени дальтоники

Как сказано выше, мухи плохо различают цвета. Они немного отличаются от людей, страдающих дальтонизмом. В глазах человека есть палочки и колбочки. Эти палочки и колбочки имеют различную форму, и некоторые из них могут принимать различные цвета светового спектра.

У людей, страдающих дальтонизмом, некоторые из этих колбочек и палочек не работают должным образом, поэтому цвета выглядят не так, как должны.С глазами мухи это работает немного по-другому.

Так как глаза мух немного сложнее с каждым рецептором, они могут видеть только пару различных длин волн света, из-за чего некоторые цвета, такие как красный, вообще не воспринимаются ими.

В целом, мухи не обладают 100% идеальным зрением на 360 градусов, но близко к этому. К сожалению, их зрение далеко не так качественно, как у людей, и обычно оно довольно размыто, и ему не хватает дифференциации цветов и форм. Хорошая новость для мух заключается в том, что большая часть их источников пищи либо мертва, либо неподвижна, поэтому они могут немного повозиться, прежде чем приступить к следующей еде.

Помог ли вам этот блог? Мы будем очень признательны, если вы прокомментируете ниже и поделитесь на Facebook

У вас есть вопрос к нам? Обязательно свяжитесь с нами на Facebook: www.facebook.com/RoveMinnesota

P.S. Есть проблема с вредителями? Если вы впервые пользуетесь услугами Rove Pest Control, нажмите здесь, чтобы получить скидку 50 долларов на первоначальную услугу!

Получили ли вы пользу от этого поста, У мух есть зрение на 360 градусов, пожалуйста, ретвитните ниже.

 

Исследования дают представление о том, почему мухи обладают самым быстрым зрением среди животных

плодовая муха

Глаза мух обладают самой быстрой зрительной реакцией в животном мире, но как они достигают этого, долгое время оставалось загадкой. Новое исследование показывает, что их быстрое зрение может быть результатом того, что их фоторецепторы — специализированные клетки сетчатки — физически сокращаются в ответ на свет. Затем механическая сила генерирует электрические ответы, которые посылаются в мозг гораздо быстрее, чем, например, в наших глазах, где ответы генерируются с помощью традиционных химических мессенджеров.Исследование было опубликовано сегодня, 12 октября, в журнале Science .

Считалось, что ионные каналы, ответственные за генерацию электрического ответа фоторецепторов, активируются химическими мессенджерами, как это обычно бывает в клеточных сигнальных путях. Однако эти результаты предполагают, что светочувствительные ионные каналы, ответственные за электрический ответ фоторецептора, могут физически активироваться сокращениями — неожиданное решение загадки восприятия света в глазу мухи и новая концепция клеточной передачи сигналов.

Профессор Роджер Харди, ведущий автор исследования факультета физиологии, развития и неврологии Кембриджского университета, сказал: «Ионный канал, о котором идет речь, представляет собой так называемый канал «транзиентного рецепторного потенциала» (TRP), который мы первоначально идентифицировали. как светочувствительный канал у мух в 1990-х годах, а в настоящее время признан членом-основателем одного из крупнейших семейств ионных каналов в геноме, при этом тесно связанные каналы играют жизненно важную роль в нашем собственном теле.Таким образом, TRP-каналы все чаще рассматриваются в качестве потенциальных терапевтических мишеней при многочисленных патологических состояниях, включая боль, гипертонию, сердечные и легочные заболевания, рак, ревматоидный артрит и церебральную ишемию. Поэтому мы надеемся, что эти новые результаты могут иметь значение далеко за пределами скромного глаза мухи».

Зрение мухи настолько быстрое, что оно способно отслеживать движения в пять раз быстрее, чем наши собственные глаза. Эта производительность достигается с помощью микроворсинчатых фоторецепторных клеток, в которых фоторецептивная мембрана состоит из крошечных трубчатых мембранных выступов, известных как микроворсинки.В каждой фоторецепторной клетке десятки тысяч таких фоторецепторов собраны вместе, образуя длинную палочковидную структуру, которая действует как световод для поглощения падающего света. Каждая микроворсинка также содержит биохимический механизм, который преобразует энергию поглощенного света в электрические ответы, посылаемые в мозг — процесс, известный как фототрансдукция.

Как и во всех фоторецепторах, фототрансдукция начинается с поглощения света молекулой зрительного пигмента (родопсин).В микроворсинчатых фоторецепторах это приводит к активации специфического фермента, известного как фосфолипаза С (PLC). PLC представляет собой вездесущий и очень хорошо изученный фермент, который отщепляет большой кусок от определенного липидного компонента клеточной мембраны («PIP2»), оставляя на своем месте меньший мембранный липид (DAG).

Каким-то образом эта ферментативная реакция приводит к открытию «ионных каналов» в мембране микроворсинок; после открытия они позволяют положительно заряженным ионам, таким как Ca2+ и Na+, поступать в клетку, вызывая электрический отклик.Эта основная последовательность событий устанавливается уже более 20 лет; но как именно ферментативная активность PLC вызывает открытие каналов, долгое время оставалось загадкой и одним из основных нерешенных вопросов в сенсорной биологии.

Профессор Харди добавил: «Принято считать, что одним из продуктов активности этого фермента является химический «вторичный мессенджер», который связывается с каналом и активирует его. простой механизм."

Новое исследование, которое финансировалось BBSRC и Советом по медицинским исследованиям с использованием плодовой мухи Drosophila , теперь предлагает замечательное и неожиданное решение этой тайны. Ключевой вывод заключался в том, что фоторецепторы физически сокращаются в ответ на световые вспышки. Сокращения были настолько маленькими и быстрыми, что для их измерения потребовался «атомно-силовой микроскоп». Это показало, что сокращения были даже быстрее, чем электрический ответ клетки, и, по-видимому, были вызваны непосредственно активностью PLC.

Исследователи считают, что расщепление мембранного липида PIP2 ферментом PLC уменьшает площадь мембраны, тем самым увеличивая напряжение в мембране и заставляя каждую крошечную микроворсинку сокращаться в ответ на свет. Синхронизированное сокращение тысяч микроворсинок вместе объясняет сокращения, измеряемые всей клеткой.

Доктор Кристиан Франце, соавтор статьи из Кембриджского университета, сказал: «Мы предполагаем, что внутри каждой микроворсинки увеличение натяжения мембран воздействует непосредственно на светочувствительные каналы.Другими словами, вместо традиционного химического 2-го мессенджера каналы активировались механически. "

Эта концепция была подтверждена экспериментами, в которых нативные светочувствительные каналы были удалены путем мутации и заменены механочувствительными каналами, которые, как известно, открываются в ответ на натяжение мембраны. Примечательно, что эти фоторецепторы по-прежнему генерировали электрические сигналы в ответ на свет, но теперь они опосредовались активацией эктопических механочувствительных каналов.Чтобы проверить, могут ли механические силы в мембране воздействовать на нативные светочувствительные каналы, микроворсинчатую мембрану растягивали или сжимали, изменяя осмотическое давление. Эта простая экспериментальная манипуляция быстро увеличивала или подавляла открытие каналов в ответ на свет, как и предсказывалось.

Эти результаты позволяют предположить, что PLC опосредует свои эффекты на фоторецепторы путем изменения механического состояния мембраны. Исследователи предполагают, что именно увеличение натяжения мембраны (наряду с изменением pH, также вызванным активностью PLC) запускает открытие светочувствительных каналов. Механочувствительные ионные каналы на самом деле хорошо известны, но обычно они участвуют в передаче механических раздражителей, таких как звук в ушах или давление на кожу. Одной из их характеристик является то, что они могут активироваться очень быстро — возможно, это объясняет, почему фоторецепторы мух выработали такое решение для фототрансдукции.

Профессор Харди сказал: «То, что механический сигнал может быть промежуточным сигналом — или «вторичным мессенджером» — в чисто биохимическом каскаде, является новой концепцией, которая расширяет наше понимание клеточных сигнальных механизмов на новый уровень."


Подбор калиевых каналов Kv в головоломке PIP2
Дополнительная информация: Статья «Фотомеханические реакции фоторецепторов дрозофилы» планируется опубликовать в Science 12 октября 2012 года. Предоставлено Кембриджский университет

Цитата : Тайна глаза мухи: исследование дает представление о том, почему у мух самое быстрое зрение среди животных (2012, 11 октября) получено 2 апреля 2022 г. с https://физ.org/news/2012-10-eye-mystery-insight-flies-fastest.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Сколько глаз у мух? Сумасшедшие факты, в которые вы не поверите

Многие думают, что у мух до тысячи пар глаз.

Но если посмотреть на муху, у нее всего два глаза. Так как же у этого крошечного насекомого могут быть тысячи глаз?

Значит ли это, что они лгут? Что ж, они правы в своей точке зрения. Хотите узнать больше об этом?

У мухи всего два глаза, но эти два глаза эквивалентны тысяче глаз. Вы узнаете больше о глазах мух в последней части статьи. У мухи нет глаз, как у нас. У мух сложные глаза. Сложные глаза — это глаза, состоящие из тысяч глаз.Мы обсудим это позже подробно. Но пробовали ли вы когда-нибудь поймать муху? Вы когда-нибудь задумывались, как муха с такими маленькими глазами может увидеть, как вы приближаетесь к ней, и быстро улететь от вас? Ответы на эти вопросы вы найдете в этой статье, где мы поделимся всем, что знаем о глазах мух.

Прочитав все о том, как мухи смотрят на объекты, обязательно прочитайте, сколько глаз у пчел и сколько ног у насекомых.

Что такое сложные глаза?

Сложные глаза — это типы глаз, которые есть у большинства членистоногих.Эти глаза состоят из тысяч фоторецепторов, помогающих зрению насекомых и ракообразных. Такие сложные глаза есть почти у всех видов насекомых, таких как мухи и пчелы. Сложный глаз формирует трехмерное изображение, которое представляет собой комбинацию тысяч изображений, полученных тысячами фоторецепторов, присутствующих в одном сложном глазу.

Знаете ли вы, что разрешение изображения, формируемого сложным глазом, довольно низкое по сравнению с изображением, формируемым одноапертурным глазом? Вместо этого низкого качества изображения сложные глаза дают мухам и другим насекомым большую область зрения, чтобы они могли видеть и обнаруживать движение каждого объекта, находящегося рядом с ними.Это помогает мухам быстро реагировать на любое движение поблизости. Вот почему вы не можете так легко поймать муху. Они могут быстро обнаружить даже малейшее движение и отреагировать соответствующим образом.

Есть в основном два типа сложных глаз. Первое — это аппозиция, а второе — суперпозиция. Глаза аппозиции формируют несколько перевернутых изображений, а глаза суперпозиции формируют одно изображение. У мух особые сложные глаза, которые обеспечивают им лучшее зрение, чем у большинства насекомых.

Вы знаете, сколько глаз у мух? У мухи два больших сложных глаза, которые эквивалентны тысяче глаз.

Сколько линз у мухи?

Сложный глаз содержит тысячи линз. Вы знаете, сколько линз у вас есть? У вас есть только две линзы для глаз, по одной в каждом глазу. Наши глаза обеспечивают высокое качество разрешения, благодаря которому мы можем видеть почти каждую деталь мира, которую нам нужно видеть. У мух глаза отличаются от наших. У них сложные глаза, а сложные глаза не могут обеспечить изображение с высоким разрешением.

Тогда как мухи могут так быстро реагировать на малейшее наше движение? У мухи есть пара больших сложных глаз, каждый из которых состоит из 4000-4500 отдельных линз, объединенных вместе. Это много объективов. Неудивительно, почему люди говорят, что у мух тысячи глаз. Если быть точным, у мух нет тысячи глаз; у них просто тысячи линз в глазах. Это дает им очень широкое поле зрения. Что ж, теперь у вас есть ответ на вопрос о количестве глаз у мух.

Хрусталики сложных глаз формируют изображения всего, что окружает муху. Они дают им информацию о том, что находится перед ними, что находится справа от них, что находится слева от них и что у них над головой, и все это одновременно. Образы, которые формируются в голове мухи, трехмерны, поэтому нам трудно их поймать, а им легко поймать свою добычу.

У мух нет простых глаз, которые называются глазками. Глаза глазков специализируются на обнаружении движения любого объекта определенным образом.Но сложные глаза мух также хорошо развиты, чтобы обнаруживать движение и спасать их от угроз. Глазки действуют как компас, отслеживая солнечный свет. Это позволяет мухе легко перемещаться.

Строение омматидиев

Поговорим о строении омматидиев. Но, прежде всего, что такое омматидии? Омматидии представляют собой фоторецепторы, содержащие скопления фоторецепторных клеток. Сложный глаз содержит тысячи омматидиев. Это тысяча глаз мухи.Отдельный омматидий называется омматидием, и каждый омматидий имеет группу фоторецепторных клеток, окруженных множеством опорных клеток и пигментных клеток.

Омматидии обычно имеют шестиугольную форму, если смотреть на них через поперечное сечение. Знаете ли вы, что омматидиум в десять раз длиннее своей ширины? Омматидии конической формы, с наибольшим диаметром наверху и более короткими внутрь. В состав омматидиев входят следующие части: роговица, хрусталик, пигментные клетки, рабдом, фоторецепторные клетки, мембранная фенестрата и зрительный нерв.

Мухи и пчелы имеют специальные зоны омматидиев, которые обеспечивают им острое зрение. Эти острые зоны сглажены, и это сглаживание обеспечивает изображение с более высоким разрешением по сравнению с другими насекомыми. Итак, мухи и пчелы видят лучше, чем другие насекомые, и это делает их одними из лучших летающих насекомых.

Функция сложных глаз

Основная функция сложных глаз — это функция, для которой глаза созданы. То есть увидеть мир.Сложные глаза мухи позволяют ей видеть мир не для красоты, а для собственного выживания. Мухи — такие маленькие насекомые, что им так тяжело жить в мире, полном таких гигантских существ, как животные, птицы и люди. Мухи также боятся различных видов опасности, например, быть съеденными хищниками. Итак, им нужно отличное зрение, при котором они могут видеть все, что находится впереди, сзади, слева, справа и даже над головой одновременно. Сложные глаза служат этой цели мухам.

Сложные глаза функционируют как фоторецепторы, чтобы получать информацию о том, что происходит вокруг них.Эти глаза обеспечивают мухам такое хорошее разрешение изображения, что они могут детально наблюдать за своим окружением. Также сложные глаза дают информацию о движении чего-либо вокруг них, поэтому они с такой скоростью реагируют, когда кто-то пытается их поймать.

Сложные глаза также помогают находить добычу. Поскольку у мух такое прекрасное зрение, они с легкостью обнаруживают свою добычу. Глаза мухи также могут обнаруживать поляризацию света и различные цветовые спектры, которые не видны даже человеческому глазу.

Кажется, мухи, будучи такими маленькими, не могут видеть мир так, как мы. Но у мух зрение лучше, чем у большинства крупных животных и даже у людей, не с точки зрения разрешения, а с точки зрения цветового спектра. Многие виды крупных животных не способны различать определенные основные цвета, а это крошечное насекомое может видеть мир в весьма разнообразном спектре цветов.

Здесь, в Kidadl, мы тщательно подготовили множество интересных семейных фактов, которые понравятся всем! Если вам понравились наши предложения на тему «Сколько глаз у пчел?» тогда почему бы не взглянуть на 'Сколько ног у бабочек?' или «Факты о домашних мухах».

Погрузитесь в глубокое понимание зрения Мухи!

Насекомые имеют разные глаза по сравнению с человеческими.

У насекомых сложные глаза, а не два простых глаза, как у большинства животных. Этот глаз содержит тысячи глаз, объединенных вместе.

У мух есть два сложных глаза, которые помогают им видеть все вокруг до мельчайших деталей. Мухи по своей природе близорукие животные и не могут видеть предметы, находящиеся далеко от них. Однако, поскольку у них тысячи простых глаз, каждый из которых формирует в мозгу мухи свое индивидуальное изображение, муха воспринимает и наблюдает полный 360-градусный обзор окружающего мира.Это полезно для этих крошечных насекомых. Можно наблюдать малейшее изменение в их окружении, что помогает им убегать от хищников.

Если вы найдете этот контент о видении мухи интересным, ознакомьтесь со статьями, фактами о мухах и скелетом лягушки.

Чем глаза мухи и глаза мыши отличаются или похожи?

Глаза млекопитающих, такие как глаза мышей и мух, имеют мало общего и много различий. Например, количество образов, детектируемых мозгом, у обоих много, но разное.Они оба видят цвета, но один больше, чем другой.

У мышей есть маленькие глаза по обеим сторонам лица. С другой стороны, у мух на голове два больших сложных глаза. Сложные глаза состоят из множества линз и, таким образом, действуют как один гигантский глаз. Принцип работы составного глаза чрезвычайно великолепен. Тысячи отдельных объективов делают вместе тысячи снимков. Затем эти изображения обрабатываются вместе в мозгу мухи, чтобы эффективно сформировать высокодетализированное изображение окружающего мира.Вероятная причина того, почему у мухи сложный глаз, в основном связана с условиями жизни организма.

Муха должна собирать пищу и эффективно скрываться от хищников, а для этого организму нужен очень сильный глаз. Глаз мухи чрезвычайно мощный, поскольку он может мгновенно обрабатывать до 80 изображений, в то время как человек может обрабатывать только 24 различных изображения. Это помогает мухе обнаруживать малейшие движения в широком поле зрения. Сложный глаз может помочь видам мух наблюдать поляризованный свет, но он также помогает им наблюдать спектр, который не находится в видимом диапазоне человека.

Научные исследования выявили странный факт о глазе мухи. Хотя глаза млекопитающих полностью отличаются от глаз насекомых, между глазами мышей и мух есть некоторое сходство. Выяснилось, что почти 65% генов сетчатки глаза мыши присутствуют в глазах мухи.

Как это выглядит глазами мухи?

Люди часто задавались вопросом, как это выглядит с точки зрения мухи, и здесь мы узнаем, что именно видит муха или муха-убийца во время своего полета.

Люди, увлекающиеся фотографией, часто используют большое количество объективов или объективов в своих камерах, чтобы получать более качественные снимки. Некоторые часто используют различные типы фильтров вместе с объективами, чтобы придать своей фотографии другой ракурс. Это часто наблюдается, когда кто-то использует линзу, которая изображает вид с высоты птичьего полета, или линзу, которая изображает вид с высоты птичьего полета. Точно так же перспектива зрения мухи также отличается от других существ. В отличие от людей, у мух тысячи глаз.Они известны как сложные глаза. Все эти отдельные глаза ведут себя как единое целое и дают насекомому полный сферический вид. Изображение, которое наблюдает муха, можно сравнить с разглядыванием мозаики. Несколько изображений сходятся, чтобы сформировать изображение в целом. Однако следует отметить, что мухи являются близорукими насекомыми и могут очень хорошо видеть вещи или предметы, находящиеся поблизости, но не могут четко видеть предметы, расположенные вдали. Близорукость действует как благо для этих насекомых, поскольку они могут очень хорошо наблюдать за своим окружением, обнаруживать малейшие движения и, таким образом, могут эффективно убегать от своих хищников.

Как устроены глаза мух?

Работа каждого глаза, будь то сложный глаз или простой глаз, отличается от организма к организму и, таким образом, зависит от многих факторов. Здесь мы поймем принцип работы глаз мухи.

Хотя у плодовой мушки может быть около 750 простых глаз, объединенных в один мегасложный глаз, эти глаза имеют определенные отличия от наших собственных глаз. Прежде всего, поскольку глаза мух, как и у мухи-убийцы, лишены зрачков, они не могут регулировать точное количество света, попадающего в их глаза, в отличие от человека.К тому же мухи по своей природе близоруки, а значит, легко видят предметы рядом с собой.

Однако благодаря науке и строению этих глаз на голове насекомого эти животные не могут видеть объекты, находящиеся далеко от них. Хотя у мух-убийц самое быстрое зрение среди всех животных в мире, это не обязательно означает, что они могут видеть каждый движущийся объект. Структура мухоглаза очень развита, и они могут легко распознавать или следовать за движением, но, следя за движением, они совершенно неспособны наблюдать движущиеся объекты.Мухи также имеют ограниченное цветовое зрение из-за наличия пигментных клеток в их глазах. Каждый глаз содержит отдельные зрительные рецепторы, которые помогают им формировать в его мозгу целостное изображение. Накопление каждого изображения, снятого мухой, формирует полное сферическое изображение, охватывающее 360-градусный обзор.

Какой цвет ненавидят мухи?

Существуют различные области цветового спектра, которые могут давать разные результаты при наблюдении наблюдателем. То же самое относится и к мухам.Здесь мы будем изучать цвета, которые ненавидят мухи.

Каждый цвет по-разному воспринимается человеком, что приводит нас к фаворитизму. У каждого человека есть свой любимый цвет, а также некоторые цвета, которые он ненавидит. Обычная же наука приводит к предмету восприятия. Если насекомое может воспринимать определенный цвет с помощью своих многочисленных линз и не оказывает неблагоприятного воздействия на его мозг, то это не тот цвет, который насекомое будет ненавидеть. Животные по-разному реагируют на цветовой спектр, и то же самое относится и к мухам.Научные исследования показали, что мухи особенно ненавидят желтый цвет. Помимо желтого, эти животные также ненавидят сочетание желто-зеленого цвета, поскольку эти цвета обычно максимально эффективно отпугивают мух. Примечательно, что мухи имеют два типа цветорецепторных клеток и могут видеть только два цвета: ультрафиолетовый и зеленый. По сути, это означает, что им трудно различать такие цвета, как белый и желтый.

Здесь, в Kidadl, мы тщательно подготовили множество интересных семейных фактов, которые понравятся всем! Если вам понравились наши предложения по фактам о глазах мух: углубитесь в глубокое понимание зрения мух! тогда почему бы не взглянуть на основные части тела насекомых и факты о большинстве насекомых для детей! или солнечный период: обязательные факты о важности летнего сезона.

Мухи обладают кристальным зрением | Наука

ЛОС-АНДЖЕЛЕС-- Глаз мухи содержит яркий шестиугольный рисунок отдельных линз и фоторецепторов. Тем не менее, этот сложный массив формируется в результате простого процесса, не требующего никаких сложных инструкций по сборке, говорят ученые. Хитрость может быть еще одним инструментом, который природа использует для создания изысканных биологических структур.

От изящных спиралей на ликах подсолнухов до замысловатой сегментации тел насекомых природа изобилует сложными узорами.Тем не менее, точное объяснение того, как формируются эти паттерны, остается сложной задачей. Гены не могут указать каждую деталь, поэтому, по крайней мере частично, формы должны возникать спонтанно благодаря какому-то физическому механизму. Согласно одной из ведущих теорий, пара веществ, «активатор» и «ингибитор», диффундируют друг в друга, образуя узор из пятен и полос, который затем влияет на развитие. В этой так называемой схеме реакции-диффузии несколько характеристик химических веществ, например, насколько далеко они диффундируют, предопределяют картину во всех ее деталях.

Но рисунок глаз плодовой мушки является результатом еще более простого пошагового процесса, который имитирует рост кристалла, сообщают Дэвид Лубенски из Свободного университета Амстердама в Нидерландах и Борис Шрайман из Института теоретической физики Кавли. Физика в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. Слоистая структура атомов в кристалле возникает, когда дополнительные атомы прижимаются к углублениям между атомами в предыдущем слое. Этот простой процесс дает повторяющуюся структуру без необходимости в чертеже.

Точно так же шестиугольный рисунок глаза личинки мухи появляется, когда каждая новая почка фоторецептора располагается рядом с промежутком между соседними почками в предыдущем ряду, сказал Лубенски на собрании Американского физического общества в понедельник. Процесс контролируется транскрипционным фактором, атональным , волна которого перемещается по недифференцированному глазному диску. Используя экспериментально измеренные свойства атоналя и белков, с которыми он взаимодействует, Лубенски и Шрайман смоделировали процесс и обнаружили, что вместо того, чтобы кодировать конкретный паттерн, химические взаимодействия просто гарантируют, что каждый ряд образует паттерн после предыдущего.

Полученные данные подтверждают идею о том, что короткодействующие взаимодействия между клетками могут управлять формированием паттернов, говорит Альбрехт Отт, физик из Байройтского университета, Германия. Но Герберт Левин, физик-теоретик из Калифорнийского университета в Сан-Диего, говорит, что достоверность модели зависит от того, может ли она предсказать, например, эффекты, которые можно наблюдать в экспериментах с измененными или мутировавшими мухами.

Связанный сайт
Введение в строение глаза мухи

Глаз мухи

Привет, BugFans,

The BugLady всегда восхищали макрофотографии глаз слепней (см. BugGuide).Захватывающий. И чрезмерно. (и — почему??) Затем BugFan Дебра прислала фотографию цикадки-буйвола, у которой тоже были довольно необычные глаза (картинка Buffalo Treehoppers). И спросил: «Почему?»

The BugLady размышляла о разрушительной окраске; BugFan Дебра (мудро) сказала: « Но это маленький зеленый жук с крошечными глазками, которых никто не может видеть…. Итак, если это зеленый жук, уже замаскированный на листе под зеленью. Я думаю, что глаза должны быть зелеными, если природа пытается защитить жука в целом….Что может быть лучше зеленого? Кто разработал эти жучки

« Оставайтесь с нами, », — сказала Жук-леди, — « это может превратиться в серию ».

Объяснение оказывается пропитанным физикой и биохимией, и оба являются языками, на которых Жук-леди говорила кратко, давным-давно и не очень хорошо.

Быстрый и грязный (и насыщенный словарным запасом) обзор глаз и зрения насекомых:

Многие насекомые имеют два вида глаз — простые и сложные (все насекомые со сложными глазами имеют простые глаза, но не все насекомые с простыми глазами имеют сложные глаза).Простые глаза — глазка (единственное число — « глазка ») — это «автономные» глаза, состоящие из хрусталика, фоторецепторов/сенсорных клеток и соединения с глазным нервом (есть второй тип простых глаз, ограниченный к личинкам насекомых с полным превращением, но мы не туда). Глазки обнаруживают движение и свет (включая ультрафиолетовый свет), но не передают изображения. У большинства насекомых от одного до трех таких простых глаз, а у насекомых, проводящих много времени на крыле, глазки крупнее.

Сложные глаза представляют собой, по существу, пучок узких клиновидных трубочек, называемых ommatidium (единственное число — ommatidium — от греческого « маленький глаз »), сложенных вместе, как сардины. В глазу насекомого, живущего в темноте в почве, может быть менее 25 омматидиев, а в одном глазу обыкновенного зеленого дарнера их 28 672. Каждый глаз имеет хрусталик/роговицу, внешняя поверхность которой называется фасеткой , фоторецепторы, прозрачный кристаллический конус, окруженный пигментными клетками, отделяющими его от соседей, и нервный аксон.Как и в случае с человеческими глазами, информация от каждого глаза преобразуется в единое изображение в мозгу (правая сторона вверх, в случае насекомых).

Пара глаз, расположенных симметрично по обеим сторонам головы, называется дихоптической ; дихоптические глаза, которые настолько велики, что встречаются на макушке (как у некоторых стрекоз и жуков, а также у самцов некоторых мух), называются голоптическими , и они позволяют «охватывать» зрение. Различные зрительные потребности – ночные и дневные; Хищник против добычи, водный против наземного, сухопутный против летающего — требуется разное количество и размеры омматидиев (ваша игра Scrabble уже улучшается!).

Некоторые хищные насекомые (мухи-разбойники, богомолы) могут иметь более крупные омматидии в верхней части глаз, чем в нижней (это называется « острая зона »), что обеспечивает некоторое восприятие глубины. У многих стрекоз есть две острые зоны — одна для улучшения зрения вперед, а другая для зрения вверх, а темная область в верхней части глаза стрекозы может действовать как солнцезащитные очки или может улучшать зрение вверх. У видов мух с гигантскими глазами острая зона делает их более дальновидными, позволяя им распознавать самку этого вида еще до того, как она увидит его!

Несколько слов о пигментных клетках.Типы пигментов, присутствующих в глазу, определяют, какие цвета видит насекомое; насекомые, у которых есть два или более разных типа пигментных клеток, могут видеть в цвете, и многие из них могут видеть те же цвета, что и люди (хотя красный и оранжевый не являются их сильной стороной). На самом деле некоторые насекомые могут различать цвета, которые люди не могут. Сумеречные насекомые (активные на рассвете и в сумерках) могут иметь более крупные грани и могут собирать свет в течение более длительного периода времени перед передачей, например, выбирать более длинную выдержку и более широкую апертуру на камере при тусклом свете.Ночным насекомым не нужно цветовое зрение; их омматидии по структуре аналогичны омматидиям дневных насекомых, но они функционируют иначе, делясь светом с ближайшими омматидиями, а не поглощая его.

Как выглядит жизнь через сложный глаз? Не как куча маленьких шестиугольников, каждый из которых показывает законченное изображение. Как спрашивает сайт « аскабиолог »: « Зачем насекомому нужно видеть одно изображение, умноженное на сто ?» Вместо этого, если бы вы смотрели на слона через пачку трубочек от бумажных полотенец, каждая из них доставляла бы в ваш мозг немного отличающуюся часть всего изображения перед ними.Куполообразная форма сложного глаза ставит каждый омматидий под немного другим углом, чем его сосед; чем больше омматидиев, тем четче изображение. Глаза насекомых не «фокусируются», но сложные глаза отлично улавливают движение. Один источник называет их «близорукими». Чтобы увидеть сложным глазом, посмотрите видео.

Пока все хорошо, хоть и не так «быстро и грязно». Теперь – в глубокую часть бассейна (без личного спасательного средства).

Структура внутри омматидия, которая «видит», называется рабдомом , и она состоит из фоторецепторных клеток и окружена пигментами, которые стимулируются, когда свет попадает в линзу.Для беспрепятственного обсуждения омматидиев посмотрите видео и прочитайте эту статью.

"Как" это так: цвет глаз является результатом того, что называется экранированием пигментов в рабдоме, но цвет может быть усилен пигментными/отражающими слоями в самой линзе, которые делают цвет металлическим. Глаза большинства насекомых темные, потому что в них много темных экранирующих пигментов.

"Почему" опять другое, но есть догадки. Зеленые цвета в глазах слепня могут отфильтровывать некоторые цвета окружающей среды, прежде чем они достигнут рабдома, ограничивая информацию, которую должен обрабатывать каждый омматидий, делая зеленый фон нейтральным и выделяя другое насекомое. Цвет глаз также может быть частью ухаживания.

Или — вы можете просто посмотреть на фотографии (там происходит потрясающая макросъемка):

и нимфа с бросающимся в глаза глазом – ID нимфы прыгуна – Stictolobus subulatus.

род оленьей мухи, Chrysops, означает «золотой глаз». См. эту статью,

и эта действительно шикарная бонусная мушка.

И все же (и все же) многие мухи и другие насекомые, такие как черный слепень, имеют глаза, которые не имеют ни цвета, ни рисунка (см. страницу BugGuide), что вызывает вопрос — если красивые глаза приносят пользу некоторым насекомым, почему не всем сделай это?

" Разве природа не велика ? " спрашивает Дебра? Конечно!

 
Леди-Жук

Secrets in a Fly's Eye

В лаборатории Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе глаз расстался с мухой, из которой он когда-то выглядывал, и теперь похоронен в маленькой пластиковой пуле, зловеще зажатой в высокотехнологичной машине для нарезки. Повсюду разбросаны инструменты для вырезания глаз: бритвенные лезвия, предметные стекла микроскопа, коробки с безымянными вещами, а также пластилин для лепки, отвлеченный от своего серьезного научного применения и превратившийся в зверюшек со скрепками на лапках.

Щелкни! идет резак, вниз идет глаз, и резать! снова и снова и снова идет острое лезвие. Сверхтонкие кусочки отслаиваются от пластика, каждый с круглой пластиной глаза сидит, как одинокая красная перчинка внутри полупрозрачного ломтика салями.Техник собирает их одну за другой на маленькую плоскую палочку и аккуратно помещает на предметное стекло. Через полчаса мерцающий массив шестиугольников, в 630 раз больше, чем в жизни, покрывает поле зрения микроскопа. Внутри каждого шестиугольника находится группа из семи ячеек, сгруппированных в серо-голубую стрелку. Если бы этот изысканно упорядоченный массив не был так ужасно мал, из него получилась бы красивая плитка для стены мечети.

Это может быть красиво, но красота не является движущей силой этой лабораторной работы. Дело не в том, что десятки ученых, как здесь, так и по всему миру, которые размышляют над тайнами глаз мух, не тронуты элегантностью, присущей их предмету. Но главным образом биологический процесс, порождающий такую ​​красоту, вдохновляет их. Как, спрашивают они, из хаоса возникает порядок? Как беспорядочный лист скучных, недифференцированных клеток достигает удивительной точности глаза мухи?

Это почти как если бы вы начали с кучи случайных плиток на полу, а затем, начиная с одной стороны комнаты, этот красивый паркет как бы распространяется по всей комнате, — говорит Дон Риди, биолог-эволюционист из Purdue в Западном Лафайете. , Индиана.Это похоже на наблюдение за формированием кристалла, но для глаза это не запрограммированный кристалл. Это своего рода программный кристалл. Это логика развития, которая объединяет клетки в эту поразительную структуру.

Логика развития - эта программа, если хотите, - это гены, сотни и сотни их, включающиеся и выключающие в нужное время и в нужном месте, толкающие одни клетки, чтобы они стали теми, некоторые стали теми, некоторые любезно ждать своей очереди. Когда все это столкновение закончено, 750 шестиугольных граней мушки аккуратно соединяются вместе, каждая из которых оснащена 19 ячейками.Внутри одной грани находятся фоторецепторы — светочувствительные клетки различных типов — связанные друг с другом, как палки в бочке. Есть конусовидные клетки, которые образуют поверхность фасетки, и из этой поверхности вырастает одиночная щетинка, столь удобная для определения грязи на глазу, которую следует стереть. Есть нерв, который соединяет каждую фасетку с мозгом мухи. И, наконец, пигментные клетки, придающие глазу насыщенный красный цвет. Если бы муха не изолировала каждую грань от другой с помощью этого слоя светопоглощающего пигмента, свет, попадающий в одну грань, мог бы отражаться на соседние и вызывать срабатывание неправильных фоторецепторов.Не зная, откуда исходит каждый луч света, у мухи возникнут проблемы с построением точной визуальной карты всего, что она исследует. (Вопреки распространенному мнению, множественные грани не передают в мозг несколько изображений. Вместо этого они организуют свет, попадающий в глаз, в одно связное изображение, подобно тому, как пиксели на экране телевизора формируют картинку.)

тем не менее, поклонники глаз, функция этих 19 клеток гораздо менее интересна, чем то, как они выбирают свою судьбу.Когда восьмилетняя дочь Ларри Зипурски, биолога-эволюциониста из Калифорнийского университета, недавно спросила, что он делает целыми днями в лаборатории, он не сказал ей, что посвятил свою жизнь глазу мухи. Вместо этого он попытался объяснить, что хочет понять что-то гораздо, гораздо более глубокое: он хочет знать, как любое животное — муха, лягушка, трехпалый ленивец или человек — строит глаз, мозг, селезенку или даже целое тело. Для него глаз мухи и гены, контролирующие его развитие, — просто удобная отправная точка.Назовите любой орган, назовите любой организм — скорее всего, гены, из которых он состоит, поразительно похожи. Глаз мухи, говорит Зипурски, — это потрясающая экспериментальная система, которой можно манипулировать и которая позволяет задавать фундаментальные вопросы о развитии.

Часть того, что делает глаза такими потрясающими, заключается просто в том, что мухам не нужны глаза, чтобы выжить — по крайней мере, не в лаборатории — поэтому исследователи могут возиться с генами глаз мух и по-прежнему иметь живое существо для работы. Кроме того, глаз мухи представляет собой простую, правильную структуру, гораздо более простую и понятную, чем, скажем, мозг грызуна.Что наиболее важно, плодовую мушку Drosophila melanogaster — любимицу генетиков на протяжении почти столетия — легко содержать, легко разводить и тщательно изучить. У него даже есть собственный геномный проект.

Но даже не обращая внимания на всю эту достойную полезность, просто необходимо отдать ее в руки органу, который может соблазнить солидный журнал вроде Science украсить свою обложку чем-то похожим на монстра из дешевого фильма ужасов. В мартовском номере 1995 года специалист по генетике развития Вальтер Геринг и его коллеги из Базельского университета в Швейцарии опубликовали франкенштейновские фотографии мух, у которых на крыльях, ногах и усиках вырастают глаза. Они сообщили о создании мух с 14 глазами — глазами, которые могли чувствовать свет, заметьте.

Группа Геринга создала мух-монстров с помощью безглазого, нового привлекательного гена в исследовательском блоке глаз. (Гены часто называют в честь вещей, которые идут не так, когда они повреждены — тогда никаких призов за угадывание того, как выглядят безглазые мутанты.) Два года назад, когда лаборатория Геринга клонировала ответственный ген, исследователи заметили, что он несет отличительная генетическая последовательность белка, которая сообщает частям тела, какими они будут, включая и выключая другие гены.Другими словами, у них был контрольный ген, который, если его испортить, производит муху без глаз. Могут ли безглазые, спрашивали они, быть каким-то главным переключателем, геном, который может сказать ткани — возможно, любой ткани — быть глазом?

Если это так, рассуждали они, то можно включить безглазых не в том месте и получить глаза тоже не в том месте. Это как раз тот вид махинаций, который легко проделать с современной молекулярной биологией, поэтому исследователи быстро сконструировали своих мух, а затем сели ждать. Это был фантастический опыт, — говорит Геринг. События происходили постепенно. Сначала мы видели только немного красного пигмента. Несколько дней спустя мы увидели первые несколько настоящих фасеток глаза. А потом мы увидели, что на крыльях появились настоящие большие глаза. К концу эксперимента, когда они увидели, как на лету появляются глаза в самых разных местах, Геринг и его коллеги были убеждены, что были правы: безглазость действительно оказалась геном, который мог побуждать маловероятные ткани формировать глаза.

Но даже если безглазость запускает формирование глаза, это не означает, что проблема развития решена.Отнюдь не. Хотя безглазость может привести в движение формирование глаза, за этим следуют события ошеломляющей сложности. Возможно, 5000 генов действуют вместе, чтобы построить глаз, и исследователи только начинают выяснять, какие это, и как и когда они делают то, что делают.

Это все равно, что пытаться собрать пазл из 5000 частей, — говорит Джерри Рубин, специалист по генетике развития из Калифорнийского университета в Беркли. У вас есть четыре или пять частей, и вы очень счастливы, потому что вы только что обнаружили, что части подходят друг к другу здесь, в этом маленьком кусочке фермерского дома.Но нужно заполнить весь остальной пейзаж. И много голубого неба. До сих пор мы явно разобрались с 5 или 10 процентами головоломки. Мы прилагаем все усилия, чтобы заполнить остальные.

Эта тяжелая работа, по большей части, начинается с поиска мух с прищуренными глазами, каждая из которых является мутантом, у которого отсутствует только один ключевой ген, отвечающий за формирование глаз. Получив мутантную муху, вы изолируете мутантный ген, а затем его нормальный аналог. И как только вы получите нормальный ген, вы можете попытаться выяснить, как он вписывается в мозаику развития глаз.

Первый шаг прост: мутировавшие, некачественные глаза легко обнаружить. Представьте себе пьяного рабочего, который собирает этот красивый паркет. Исчезла гладкая бесшовная мозаика ячеек. На его месте грубый, беспорядочный малиновый глаз с хаотично расположенными фасетками.

Существует множество таких мутантных генов с такими названиями, как шероховатый, грубый глаз, шероховатый, шершавый, шероховатый, шероховатый и шершавый, даже самый шероховатый и грубейший, что свидетельствует о проблемах с текстурой, которые они вызывают.Есть и другие мухи-мутанты с глазами бордового и бордового, апельсинового и лимонного, белого шоколада и темного шоколада; глаза красные в верхней половине, но белые в нижней; глаза в форме полосок или ромбов или со странными квадратными фасетками вместо разумных шестиугольных. Не говоря уже о сморщенных глазах, о глазах, превратившихся в крылья или ноги, или, как в случае с безглазыми, о глазах, которые просто исчезли.

Но иногда нужна помощь микроскопа, чтобы увидеть, что не так с глазом. Например, муха, несущая мутантный ген "семьлесс", выглядит совершенно нормально.Однако внимательно присмотритесь к его глазу, и вы увидите, что у него отсутствует единственный фоторецептор, который называется номером семь.

Группа Сеймура Бензера из Калифорнийского технологического института впервые обнаружила его еще в 1970-х годах. Сегодня можно сказать, что Бензер, нейрогенетик, по-прежнему любит глаза: стены его кабинета увешаны фотографиями и набросками глаз мух, в том числе сюрреалистической картиной самого Бенцера. Он нетерпеливо указывает на одно изображение глаза, которое он хотел бы превратить в яркие обои. (Он вполне может это сделать.Бензер уже повесил витражи на входную дверь своего дома.)

Два десятилетия назад Бензера глаза особо не интересовали. «Я был очарован вопросом о том, как информация гена может формировать поведение», — вспоминает он. Я уже был убежден, что поведение имеет генетическую основу, исходя из опыта общения с собственными детьми. Поэтому я подумал: «Хорошо, над каким простым поведением можно поработать?» Я выбрал реакцию животного на свет. Это казалось простым: свет входит в глаз мухи, а поведение — в виде движения к свету — выходит наружу.

Чтобы найти их непослушных мутантов, команда Бензера обработала миллионы плодовых мушек ядовитыми химическими веществами, чтобы повредить их гены, а затем проверила их потомство на наличие крайне неадекватной реакции на свет. Неудивительно, что у некоторых из этих молодых мух просто плохое зрение — ведь вы не можете правильно реагировать на свет, если не можете его правильно чувствовать. Севенлесс (муха, лишенная этого гена) был одним из них.

В видимом свете бессемерные мухи перемещались нормально. Ультрафиолетовый свет был тем местом, где они ошиблись.Представьте себе простой лабиринт с двумя дорожками, одна из которых ведет к зеленому свету, а другая — к ультрафиолетовому. Обычные мухи будут стремиться к ультрафиолетовому излучению. Но без семи мух с жужжанием улетели на зелень. Причина, по которой они отказались от ультрафиолета, оказалась достаточно простой: седьмая клетка, и только седьмая, содержит собирающую свет молекулу, предназначенную для восприятия коротких волн, составляющих ультрафиолетовую часть светового спектра. Эта клетка никогда не образуется у мутанта.

Чтобы понять, как именно происходит ошибка, вы должны вернуться в прошлое и посмотреть, как формируются глаза у бледных извивающихся личинок, которые в конечном итоге станут взрослыми мухами. Быть по локоть в личинках — неотъемлемая часть работы с дрозофилой, и исследователи, похоже, не возражают против этого. Лаборатория мух битком набита бутылками, в каждой из которых находится дрожжевая коричневая паста, которую личинки мух считают такой восхитительной. Присмотритесь, и вы увидите, как они погружаются в жижу, каждый день отхлебывая в пять раз больше своего веса, пока прокладывают ход. Всего через четыре дня после вылупления личинка мухи вырастает с менее миллиметра до почти четырех миллиметров. Затем, решив, что он наелся, он скользит вверх по стенке бутылки.Время найти хорошее высокое место для формирования куколки.

Эти альпинистские личинки — то, что ищет Аманда Пикап, аспирантка лаборатории Утпала Банерджи, занимающаяся исследованием мух. Подвиг, который она собирается совершить, не для слабонервных или тупых. На наполненную жидкостью посуду высыпают личинок; вот они лежат, покачивая своими маленькими телами из стороны в сторону, яркие в свете прожектора. Быстро, как миг, два пинцета Пикапа захватывают ротовой аппарат и середину личинки, а затем медленно разрывают тело на части. В тарелку плюхаются крошечные белые внутренности: колышущиеся листочки слюнных желез, скрученные клубочки кишок, комочки жира и, самое главное, 18 маленьких круглых дисков, плавающих среди клубков и шариков.

Эти маленькие невзрачные скопления клеток, погребенные глубоко внутри личинки, молча делятся и принимают тайные решения о будущем личинки. Диски составят большую часть будущей мухи, и два из них уже находятся на пути к тому, чтобы стать глазами. Однако, лежа в тарелке, они совсем не похожи на роскошную мозаику глаз взрослой мухи.Правда, диски круглой формы, как глаза. Но где скопления светочувствительных клеток, колбочек и пигментных клеток, блеск хрусталиков и этот яркий, сочный красный цвет?

Большая часть клеточной хореографии, которая собирает глаз, возникает позже, во время куколки. Именно тогда формируются щетинки и пигментные клетки. Глаз под тонкой куколочной оболочкой меняет цвет с белого на желтый, на оранжевый и на красный, как плод, созревающий на лозе. Есть и оставшиеся клетки — клетки, которые необходимо уничтожить, иначе они фатально нарушат упорядоченный набор граней. В одиннадцатом часу эти клетки совершают самоубийство, и глаз приводится в порядок, как развеваемая ветром прическа, расправленная гребнем.

Но в этой, казалось бы, несложной личинке уже происходят вещи, которые Дон Рэди, когда он был студентом Бенцера в 1970-х годах, проводил многочасовые хроники. Глядя на развивающийся диск, он заметил в ткани длинную тонкую борозду, идущую сверху вниз. По одну сторону борозды клетки ряд за рядом собирались в упорядоченные кластеры, и каждому кластеру суждено было стать одной фасеткой глаза мухи.По другую сторону борозды клетки все еще находились в беспорядочном беспорядке. Рэди назвал эту странность морфогенетической бороздой. В течение следующих двух дней, по мере того как борозда проходила от одной стороны диска к другой, формировалась точная клеточная архитектура глаза.

Клетки принимают свои судьбы, как теперь известно, в определенном порядке. Сначала прямо в борозде появляется фоторецепторная клетка номер восемь — длинная линия восьмерок, выстроенная в красивый, аккуратный ряд. По мере того, как борозда продвигается вперед, ячейки два и пять формируются рядом с каждой ячейкой номер восемь.Затем к связке присоединяются три и четыре, а затем один и шесть. Наконец, как раз перед тем, как клетки-колбочки присоединятся к кластеру, появляется клетка номер семь, за исключением мух без семи. Как обнаружила группа Реди в 1986 году, проблема маленьких личинок без семи состоит в том, что эти своенравные клетки превращаются в клетки-колбочки. Ясно, что у мутантов без семи особей отсутствует небольшая, но важная часть головоломки развития.

После этого ключевого открытия стало казаться, что глаза мух идеально подходят для изучения клеточной сигнализации — науки о том, как клетки запрограммированы сообщать друг другу, что они должны делать и кем должны стать.В течение года исследователи определили, чего не хватало мутантам Sevenless. Нормальный ген кодирует белок, который находится в мембране клетки, ожидая сигнала, чтобы стать седьмой клеткой. Удаление гена этого белка похоже на выдергивание телефона у кого-то дома: как бы упрямо вы им ни звонили после этого, они никогда, никогда не узнают, что вы это сделали.

Так кто пытается дозвониться до седьмой? Ген по имени невеста из семи. Bride of Sevenless также кодирует белок, который находится в клеточных мембранах.Но этот белок не получает сигнал, он посылает его — и посылает его из клетки номер восемь. Давай, говорит он бессемерному белку, скажи своей клетке стать номером семь. Далее следует запутанная последовательность общения белка с белком в длинной, длинной цепочке — белки с названиями вроде Son of Sevenless, ras, raf и т. д. — пока, наконец, сообщение не достигает ядра клетки. Гены включаются и выключаются, и вуаля! Клетка становится такой, какой должна быть каждая уважающая себя ячейка семь. Он производит пигмент, чувствительный к ультрафиолетовому излучению, и соединяет себя с мозгом идеальным, семиклеточным способом.

Еще до того, как будет сделан этот окончательный выбор, будущая седьмая ячейка уже отвергла все варианты карьеры, кроме двух: стать седьмой ячейкой или стать конусообразной клеткой. (Это сигнал от невесты семёрки, который неумолимо отправляет её по пути клетки-семерки. ) Много молекулярной болтовни, вероятно, происходит ещё раньше. Ученые подозревают, что клетка номер восемь является кастинг-директором для формирования кластера: по мере того, как клетки смешиваются друг с другом в борозде, клетка номер восемь посылает всевозможные сигналы другим будущим членам каждого кластера, так что все они берут на себя свои роли в надлежащем порядке. регламентированный способ.

Но для сборки глаза требуется гораздо больше, чем один или два гена. Целые полчища их помогают продвинуть борозду и подтолкнуть к жизни восьмую клетку, помогая создать все остальные излишества и меховые хлопья, необходимые для создания полностью функционального глаза. Изучение того, как работают эти гены, может дать представление о различных сигналах, контролирующих рост клеток. И понимание этого будет иметь серьезные последствия не только для биологии развития, но и для медицины: многие белки в каскаде без семи, например, являются ключевыми белками, которые сообщают клеткам — клеткам любого типа — когда делиться. Повреждение генов, кодирующих эти белки, может привести к раку. Например, около 30% случаев рака у человека связаны с поврежденными генами ras.

В наши дни гены глаз мух затрагивают так много аспектов биологии, что многие исследователи в этой области проявляют к ним новый интерес. В частности, они пересматривают вопрос о том, как эволюционировали глаза. Существуют глаза самых разных форм и форм, от сложных глаз насекомых и ракообразных до однокамерных глаз кальмаров и позвоночных.Каждая из них превосходно адаптирована к потребностям зверя, в котором она обитает. И это привело к совершенно разным конструкциям. Мы, люди, например, воспринимаем свет на вогнутой поверхности: свет проникает в зрачок и формирует перевернутое изображение на сетчатке, внутренней поверхности нашего глазного яблока. Мухи делают наоборот. Они наблюдают за миром на выпуклой, выпуклой сетчатке, усеянной фоторецепторами, собирающими свет из разных точек пространства.

Поэтому неудивительно, что те, кто размышляет об эволюции, долго и упорно размышляли о том, как эволюционировал глаз и сколько раз он это делал. В учебниках, в том числе и в моем собственном, вы прочтете, что прототип глаза независимо возникал примерно 40 раз, говорит Геринг. Многие детальные исследования глаз привели к такому выводу, но что именно это означает, никогда не было ясно. Каждый раз разные глаза развивались совершенно независимо? В конце концов, светочувствительный пигмент родопсин в основном одинаков у всех животных — маловероятно, что он эволюционировал 40 раз. Таким образом, многие люди подозревают, что где-то в нашем глубоком прошлом существовал рудиментарный глаз, прапрадед которого мы видим сегодня.

С открытием гена безглазости эта идея получила поддержку. Мало того, что безглазость играет ключевую роль в глазах мух, подозрительно похожие гены присутствуют во всем, от плоских червей, кальмаров и асцидий до мышей и людей. Куда бы мы ни посмотрели, мы находим это, — говорит Геринг.

Более того, по крайней мере у людей и мышей роль этого гена очень похожа на его роль у мух. У людей существует генетическое заболевание, называемое аниридией, при котором сетчатка, радужная оболочка, хрусталик и роговица имеют дефекты. Несовершенства проистекают из повреждения человеческого аналога безглазым. Удаление одной копии безглазого аналога у мышей — гена pax-6 — вызывает аналогичные проблемы; удаление обеих копий приводит к мышам без глаз, без носа и с неполной нервной системой. Геринг даже провел эксперимент, в котором он внедрил мышиный ген pax-6 в муху и включил его ненадлежащим образом. Глаза — мушиные глаза — образовались повсюду. Как у позвоночных, так и у беспозвоночных гены действительно работают одинаково.

Если вы думаете о глазе мыши и глазе дрозофилы, они действительно очень отличаются друг от друга, говорит нейробиолог из Стэнфорда Рассел Фернальд. И все же теперь мы видим, что некоторая часть процесса развития гомологична, потому что она осуществляется с помощью одного и того же гена. Это указывает на общий, наследственный глаз. Возможно, это был не совсем глаз — возможно, просто слой светочувствительных клеток, таких, которые существуют у примитивных существ, таких как плоские черви. И много-много независимой эволюции произошло позже.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.