Книга История зрения: путь от светочувствительности до глаза - Вадим Бондарь

Плоские черви

Планарии относятся к типу плоских червей. После физического разделения на части они могут полностью восстанавливаться. Их пищеварительная система не имеет ануса, и ее устройство можно назвать относительно простым. Дышат плоские черви всей поверхностью тела и находятся, как правило, в воде, поэтому для них критично пересыхание. Они живут в темноте и имеют скопление фоточувствительных клеток. Эти «глаза» плоские черви используют для перемещения туда, где темно – они избегают света.

Голова плоских червей содержит скопление нервных клеток, на ней расположены глаза.

Акаш Гуляни из Института биологии стволовых клеток и регенеративной медицины в Бангалоре в Индии (Akash Gulyani at the Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine in Bangalore) и его коллеги обнаружили удивительные свойства зрения плоских червей S. Mediterranea: они «убегают» от видимого света и в случае облучения их ультрафиолетом с максимальной чувствительностью в видимом спектре.

Однако более удивительные находки были впереди. После удаления головы планарии продолжали избегать света, но более – в ультрафиолетовом спектре. Через некоторое время вырастала новая голова с глазами, однако чувствительность к ультрафиолету была выше, затем восстанавливалась чувствительность к видимому спектру.

Этот пример показывает, что в одном организме возможно существование двух независимых и различных по происхождению механизмов световосприятия.

У многих животных весь анализ зрительной информации заканчивается в глазу и в дальнейшем с него начинается рефлекс, который проявляется в мышечном действии, к примеру это может быть прыжок с целью захвата пищи или движение к свету. Такое зрение используется рефлекторно, без какого-либо анализа. Иногда этот рефлекс кажется сложным, но никаких эмоций, никаких переживаний относительно увиденного у животного нет: зрение не осознается и не анализируется. То есть именно двигательная реакция на свет должна определять первое зрение как зрение, потому что многие клетки меняют свой метаболизм в ответ на наличие света (например, фотосинтез), однако мы не называем это зрением. До определенного момента можно характеризовать зрение как сигнал к какому-то движению. Комар – съесть. Хищник – бежать. Многие животные не понимают увиденного, так как зрение не проходит через их сознание.

Зрение лягушки, например, тоже проходит вне сознания, она не раздумывает: «Вот я вижу комара, какой он вкусный, съем-ка я его». Все ее зрение – как работа желчного пузыря, без понимания, что происходит.

По мере развития головного мозга часть зрительных функций и многие новые стали обрабатываться в нем. Так, помимо формирования глаза как камеры, стали образовываться зрительные представительства в коре головного мозга, которые позволяли осознавать зрительную информацию, сравнивать ее с увиденным ранее.

Развитие зрения у млекопитающих и приматов связано с эволюцией головного мозга, появлением речи, прямохождением и появлением новых задач, которые оно стало выполнять. Мы обсудим это, когда коснемся вопроса ленивого глаза.

Глаз по своему строению очень похож на камеру, но у него есть свои преимущества и недостатки.

Оптика проецирует мир на матрицу фотокамеры, а в глазу есть роговица и хрусталик, которые фокусируют окружающий мир на сетчатку и расположенные в ней фоторецепторы, воспринимающие поток света, проходящий через зрачок, и эти фоторецепторы генерируют сигнал, поступающий в кору головного мозга. У человеческого глаза очень много общего с камерой, но есть и отличия.

В сетчатке есть центральная часть, состоящая только из колбочек. Их плотность очень высокая, и все создано для того, чтобы эта часть сетчатки могла воспринимать изображение с максимальным разрешением. Например, она не содержит кровеносных сосудов на поверхности, чтобы не перекрывать проецируемое изображение.

Чем дальше от центра сетчатки, тем меньше плотность колбочек и выше плотность палочек. Из-за этой особенности мы видим четко только центром сетчатки (вы можете читать эту книгу только центром вашего поля зрения и не сможете распознать ни слова, если будете читать боковым зрением – попробуйте прямо сейчас). Центр сетчатки офтальмологи называют фовеолой. В главе «Зачем нам цвет» обсудим, что происходит, когда центр сетчатки не развивается.

В отличие от сетчатки разрешающая способность матрицы камеры одинаковая по всей поверхности, поэтому снимки получаются четкими (по крайней мере, та часть, которая находится в фокусе).

Все внутреннее пространство в цифровой камере, от передней линзы до матрицы, заполнено только максимально прозрачными элементами, чтобы ничто не мешало прохождению света. Если что-то попадет между линзами в камере, снимки получатся с дефектом, поскольку это затрудняет прохождение света.

В глазу разрешающая способность периферии сетчатки низкая и неравномерная – на ней есть кровеносные сосуды, которые не замечаются нами: они скрадывают часть видимой картины и расходятся по всей сетчатке, закрывая те участки, где располагаются, однако мы не видим никакой помехи. Если бы мы видели наши кровеносные сосуды, это были бы темные полосы, похожие на дождевых червей прямо на пути нашего взгляда. Но мозг просто отключает наше внимание к участкам, покрытым кровеносными сосудами, и мы темных полос не замечаем. Однако когда офтальмолог осматривает глазное дно, вы можете их видеть, потому что врач создает двигающуюся тень от этих сосудов, когда перемещает луч офтальмоскопа. Вы также можете увидеть их, если будете светить точечным фонариком внутрь глаза через веки. (Не делайте этого, если не уверены в безопасности источника света, просто поверьте, что так их видно.)

Как офтальмолог заглядывает внутрь глаза?

Офтальмологи заглядывают в глаз при помощи специального прибора – офтальмоскопа. Все типы прибора работают по одному принципу: взгляд врача и луч света находятся на одной прямой, поэтому доктору видно все, что находится в глазу пациента.

Никогда не задумывались, почему невозможно заглянуть в узкие отверстия с помощью обычного фонаря? Это происходит потому, что сложно светить и смотреть туда, куда падает свет, одновременно. Получается либо одно, либо другое. В офтальмоскопе эта задача решена при помощи системы зеркал, которые позволяют сделать так, чтобы пучок света был на одной оси со взглядом, благодаря чему офтальмолог может заглянуть в глаз. (По такому же принципу работает и отоскоп, при помощи которого педиатры заглядывают в уши.)

Рис. 16. Retina – сетчатка, macula – фовеола и макула

Рис. 17. Сетка нервов, зрительный нерв и сосуды