Как устроен наш глаз и вся зрительная система?



Глаза - одни из самых важных органов чувств человека. До 80 % информации об окружающем мире мы получаем, используя зрение.


Благодаря глазам человек различает цветовую гамму предметов, их форму и многое другое.

Человеческий глаз – глазное яблоко ‑ имеет форму неправильного шара, диаметр которого составляет около 2,5 см. В наш глаз попадает свет, который отсвечивается от предметов, окружающих нас. Инструмент, который принимает свет, расположен на тыльной стороне глазного яблока и называется – сетчаткой. Сетчатка включает в себя несколько слоёв чувствительных к свету клеток, которые подвергают обработке приходящие к ним данные, после чего их посылают в мозг по зрительному нерву. Однако для того, чтобы потоки света, которые проникают в глаз с разных сторон, могли сконцентрироваться на небольшом участке, используемом сетчаткой, они подвергаются преломлению и, только после этого, фокусируются на сетчатке. С этой целью в глазном яблоке присутствует выпуклая линза ‑ хрусталик. Он расположен в передней части глазного яблока.


Строение человеческого глаза


Хрусталик может видоизменять свою кривизну с помощью цилиарной мышцы. Чтобы подготовиться к видению предметов, находящихся вблизи, хрусталик увеличивает свою кривизну, принимая более выпуклую форму, что усиливает преломление лучей света. Для созерцания удалённых объектов ‑ вновь принимает плоскую форму. Помимо хрусталика в преломлении световых лучей (рефракции света) принимает участие стекловидное тело ‑ прозрачное желеобразное вещество, заполняющее львиную долю глазного яблока и задающее глазу форму, позволяя ему не сжиматься.

Свет проникает в хрусталик сквозь небольшое отверстие – зрачок, объём которого, а соответственно, и количество проникающих лучей, регулируется определёнными мышцами – сфинктером и дилатором зрачка, расположенными в радужной оболочке, окружающей зрачок – радужке. Радужка, кроме мышц, содержит пигментные клетки, которые определяют цвет наших глаз. Если внимательно понаблюдать за глазами в зеркало, то можно заметить, что при попадании в глаза яркого света – зрачок сужается, а в темноте, наоборот, увеличивается. Таким образом, глазной аппарат оберегает сетчатку от пагубного действия ярких световых лучей.

Извне глазное яблоко прикрыто склерой ‑ крепкой белковой оболочкой толщиной 0,3-1 мм. В состав склеры входят волокна, образованные коллагеном, которые выполняют опорную и защитную функцию. Склера обладает белым цветом с молочным отливом, исключение составляет лишь передняя прозрачная стенка – роговица, где происходит первичная рефракция световых лучей. Под склерой расположена сосудистая оболочка, в которой множество кровеносных капилляров обеспечивают глазные клетки питательными веществами. Именно в этой оболочке содержится радужка со зрачком. Далее радужка перемещается в цилиарное тело, в котором находится цилиарная мышца, способствующая изменению кривизны хрусталика и служащая для приспосабливания к условиям освещения.

Между радужкой и роговицей, а также хрусталиком и радужкой расположены глазные камеры, которые заполнены прозрачной, светорефракционной жидкостью, обеспечивающей питание роговицы и хрусталика. Глаза оберегают веки и ресницы. В толще век находятся слёзные железы. Выделенная ими жидкость всегда увлажняет оболочку глаза. Под веками расположены три пары мышц, которые отвечают за подвижность глазного яблока. Одна пара вращает глаз вправо и влево, другая – вниз и вверх, а третья поворачивает его касательно визуальной оси.

Мышцы дают возможность не только поворачивать глазное яблоко, но и немного видоизменять его форму, что важно для фокусировки взгляда на предмете. Если фокус расположен за гранью сетчатки, то глаз слегка вытягивается для того, чтобы видеть объект на близком расстоянии. И наоборот, принимает округлую форму, когда человек смотрит на предметы издалека. Изменения в оптической системе приводят к близорукости или дальнозоркости. Фокус у людей с нарушениями зрения проникает не в сетчатку, а перед ней, в связи с чем предметы кажутся размытыми. Таким образом, глаза – это главный инструмент нашего существования. Нарушение зрительной функции приводит к невозможности созерцать этот удивительный мир в полной мере.

Когда же зародился орган зрения и у кого впервые?

Впервые зрение возникло около 540 млн. лет назад. Сначала у одноклеточного наподобие эвглены зелёной появилось светочувствительное пятно – «глазок». Не смотря на то, что «глазок» не мог определять расстояние до объекта и видеть изображение, но именно с него началось развитие глаза. Простейшие организмы, которые имели такое светочувствительное пятно, были гораздо успешней организмов, которые его не имели, что позволило органу закрепиться и наследоваться следующими поколениями.

2 эвгл.jpg

Появление глазных пятен у медуз (около 500 млн. лет назад) позволило им ориентироваться в пространстве.

На определенном этапе эволюции появилось два органа зрения. Один позволял видеть мир в светах и тенях, другой ‑ различать очертания предметов. Последний стал родоначальником человеческой зрительной системы. Чуть позднее происходит формирование прозрачной плёнки, которая защищала зрачок от загрязнения и меняла его способность преломлять свет. Так появляется первый хрусталик. Затем орган зрения каждого живого организма начал приспосабливаться к тем условиям, в которых обитало животное. На сегодняшний день человек и другие позвоночные обладают глазами камерного типа с единственным хрусталиком. Крабы и другие членистоногие имеют сложные (фасеточные) глаза, в которых зрительную информацию независимым образом собирает множество отдельных зрительных ячеек. У двустворчатых моллюсков глаза бывают трёх типов: камерные ‑ с единственным хрусталиком, зеркальные ‑ с хрусталиком и зеркальные ‑ с хрусталиком и отражателем.

Форма глаз, их строение и разнообразие потрясает. Знаменитый биолог-эволюционист Эрнст Майр так сказал об эволюции глаза: «Орган зрения есть важная составляющая эволюционного развития всего живого на Земле. Именно глаз знакомит нас с окружающим миром. Ничего удивительного в том, что такой орган возник, нет, также это не является чудом. Это всего лишь естественный отбор».

 

Глаза насекомых. Что сложнее глаз человека или насекомого?

Выше мы уже говорили о том, из чего состоит глаз человека и как он функционирует. Теперь давайте поговорим о строении глаза насекомого и сравним его с человеческим.


3 насек.jpg

Глаза мухи


Глаза насекомых называют фасеточными. Крошечный глазок-фасетка – омматидий ‑ имеет вид длинного узкого конуса, основание которого ‑ линза, имеющая вид шестигранника. Отсюда и название: facette в переводе с французского означает "грань".


Строение глаз насекомых
123213123123.gif

1 — роговичные фасетки; 2 — светопреломляющий аппарат; 
3 — пигментные клетки; 4 — зрительные клетки; 
5 — светочувствительный элемент омматидия; 
6 — отростки зрительных клеток, идущие в оптические ганглии;
7 — покровы головы; 8 — глазная капсула.




Пучок омматидиев составляет сложный, круглый, глаз насекомого.

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

Число омматидиев в глазу у разных насекомых различно. У рабочего муравья ‑ около 100 омматидиев, у комнатной мухи — 4 000, у рабочей пчелы — 5 000, у бабочек — до 17 000, а у стрекоз — до 30 000! Таким образом, у муравья зрение весьма посредственное, тогда как огромные глаза стрекозы ‑ два радужных полушария ‑ обеспечивают максимальное поле зрения.

Из-за того, что оптические оси омматидиев расходятся под углами 1 ‑ 6°, чёткость изображения насекомых не очень высока: мелких деталей они не различают в отличии от глаз человека. Кроме того, большинство насекомых близоруки: видят окружающие предметы на расстоянии лишь нескольких метров. Зато фасеточные глаза отлично умеют  различать мерцание света с частотой до 250 – 300 герц (для человека предельная частота ‑ 50 герц). Глаза насекомых способны определять интенсивность светового потока (яркость) и плоскость поляризации света, что позволяет ориентироваться в пространстве, когда солнца не видно.

Насекомые различают цвета, но совсем не так, как мы. Например, пчёлы «не знают» красного цвета и не отличают его от чёрного, но зато воспринимают невидимые для нас ультрафиолетовые лучи. Именно слепостью насекомых-опылителей нашей полосы к красному цвету объясняется отсутствие среди нашей дикорастущей флоры растений с алыми цветками.

 

Два глаза – не предел!

У пауков обычно бывает по 4 ‑ 6 глаз, не редкость 8 и даже 12! Глаза у паука простые, двух типов: средняя пара передних глаз (лобные или главные) снабжена ретиной и аккомодационным аппаратом, остальные глаза добавочные. Такое устройство зрительной системы позволяет пауку быстро ориентироваться в пространстве и вести наблюдение с разных сторон и под разными углами. Паук видит свою добычу только главными, передними глазами, а остальные позволяют ему увидеть все те движения, которые происходят сзади, сбоку и даже над ним. Например, у пауков-скакунов глаза способны различать объёмность предметов, а сзади он может видеть движение на расстоянии около 25 сантиметров.


 pauk-pavlin-animal-reader.ru-001.jpg

Павлиний паук


Третий глаз? Легко!

Сотрудники Университета штата Индиана смогли сформировать у навозного жука третий глаз. Этого удалось добиться посредством подавления гена, который отвечает за формирование головы насекомых. Учёные провели на плодовых мушках и малых мучных жучках эксперимент, доказавший зависимость развития глаз у данного вида насекомых от сети взаимодействующих генов. Чрезмерная активность гена Pax6/eyeless влияет на появление дополнительных глаз у дрозофил и лягушек. При этом этот белок функционирует как центр управления другими генами. Исследователям также удалось вырастить дополнительные глаза у пластинчатоусых жуков, подавив ген Orthodenticle.

Таким образом, мутация даже одного гена может создать дополнительные функциональные структуры.

 

ZHuk-navoznik.jpg

Навозный жук 


Зачем нам изучать глаз?

На основе знаний о строении органа зрения человека учёные работают над созданием механического высокотехнологичного продукта (заменителя глаза), который будет лучше природного аналога и поможет слепым людям не только видеть мир как обычный человек, но и обладать дополнительными полезными функциями. Уже сейчас разработан бионический глаз, который помогает видеть человеку, полностью оставшемуся без зрения. Пока что разрешение его мало, но учёные продолжают работу.


Автор Евгений Бурдыга

Выберите вариант регистрации как:

Физическое лицо
Эксперт

Нажимая «Зарегистрироваться», я принимаю Политику конфиденциальности Портала и мобильного приложения.

Войдите в свой аккаунт

Забыли свой пароль? Регистрация

Войти с помощью:

Восстановление пароля

Ваш пароль успешно выслан вам на email

Форма авторизации на сайте
Регистрация
Забыли свой пароль?
Войти как пользователь:
Войти как пользователь
Вы можете войти на сайт, если вы зарегистрированы на одном из этих сервисов:

Регистрация на Портале с помощью электронной почты

Нажимая «Зарегистрироваться», я принимаю Политику конфиденциальности Портала и мобильного приложения.

Спасибо за регистрацию. Теперь можете войти на портал с помощью логина и пароля.

Зарегистрируйтесь на Портале.

Выберите удобный для Вас вариант регистрации.



или


Нажимая «Зарегистрироваться», я принимаю Политику конфиденциальности Портала и мобильного приложения.

Регистрация Эксперта на Портале







Нажимая «Зарегистрироваться», я принимаю Политику конфиденциальности Портала и мобильного приложения.

Спасибо за регистрацию. Теперь можете войти на портал с помощью логина и пароля.

Портал профессионального образования Хабаровского края создан по инициативе Краевого государственного автономного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «Хабаровский краевой институт развития системы профессионального образования» (КГАОУ ДПО ХКИРСПО). Вы так же можете скачать мобильное приложение профессионального образования Хабаровского края. Мобильное приложение разработано для iOS и Android.