Как видит муха окружающий мир. Как выглядит мир глазами обыкновенной мухи? Фасеточные глаза — в чём суть

Мы ограниченны нашими собственными представлениями. Восприятие реальности происходит за счет функции различных органов, и лишь не многие понимают, что это довольно-таки ограниченное видение. Может быть мы видим очень тусклую версию истинной реальности, из-за того что органы чувств несовершенны. На самом деле мы не можем видеть мир, глазами других форм жизни. Но благодаря науке мы можем приблизиться к этому. Изучая, можно выявить, как построены глаза других животных и как они функционируют. Например, сравнивая с нашим зрением, выявляя число колбочек и палочек или формы их глаз или зрачков. И это, хоть как то приблизит к тому миру, не опознанному нами.

Как видят птицы

Птицы имеют четыре типа колбочек, или так называемых светочувствительных рецепторов, тогда как у человека только три. А область зрения достигает до 360%, если сравнить с человеком, то его равняется 168%. Это позволяет птицам визуализировать мир с совершенно другой точки зрения и гораздо насыщенней, чем восприятие человеческого зрения. Так же большинство птиц может видеть в ультрафиолетовом спектре. Необходимость в таком зрении возникает, когда они добывают себе пищу. Ягоды и другие плоды имеют восковое покрытие, которое отражает ультрафиолетовый цвет, делая их выделяющимися на фоне зеленой листвы. Некоторые насекомые также отражают ультрафиолетовый свет, давая птицам неоспоримое преимущество.

Слева - так видит наш мир птица, справа - человек.

Как видят насекомые

Насекомые имеют сложное строение глаза, состоящего из тысяч линз, образующих поверхность схожую с футбольным мячом; в котором каждая линза - это один «пиксель». Как и мы, насекомые имеют три светочувствительных рецепторов. Восприятие цвета у всех насекомых разное. Например, некоторые из них, бабочки и пчелы, могут видеть в ультрафиолетовом спектре, где длина световой волны варьируется между 700 hm и 1 мм. Способность видеть ультрафиолетовый цвет позволяет пчелам видеть узор на лепестках, который направляет их к пыльце. Красный - это единственная окраска, которая не воспринимается пчелами как цвет. Поэтому в природе редко встречаются цветы чисто красного цвета. Еще один удивительный факт - пчела не может закрывать глаза, и поэтому спит с открытыми глазами.

Слева - так видит наш мир пчела, справа - человек. А вы знали? У богомолов и стрекоз самое большое количество линз и эта цифра доходит до 30 000.

Как видят собаки

Полагаясь на устаревшие данные многие, до сих пор полагают, что собаки видят мир в черно-белых красках, однако это ошибочное мнение. Совсем недавно ученые обнаружили, что у собак цветное зрение, как и у человека, но оно отличается. Колбочек содержащихся в сетчатке глаза меньше, в сравнение с человеческим глазом. Именно они отвечают за цветовосприятие. Особенностью зрения является отсутствия колбочек распознающих красный цвет, поэтому они не могут различать оттенки между желто-зелеными и оранжево-красными цветами. Это схоже с дальтонизмом у людей. За счет большего количества палочек, собаки способны видеть в темноте в пять раз лучше, чем мы. Еще одной особенностью зрения является возможность определения дистанции, что очень помогает им в охоте. Но в близком расстоянии они видят расплывчато, им необходима дистанция 40 см для того, чтобы увидеть объект.

Сравнение, как видят собака и человек.

Как видят кошки

Кошки не могут сфокусироваться на мелких деталях, поэтому видят мир чуть размытым. Им намного проще воспринимать объект в движении. А вот мнения по поводу того, что кошки способны видеть в абсолютной темноте не нашел подтверждения исследованиями ученых, хотя в темноте они видят гораздо лучше, чем днем. Наличие у кошек третьего века помогает им пробираться сквозь кусты и траву во время охоты, оно смачивает поверхность и защищает от пыли и повреждений. Близко его можно рассмотреть, когда кошка полу дремлет и пленка выглядывает сквозь полузакрытые глаза. Еще одной особенностью кошачьего зрения является особенность различать цвета. Например, главные цвета - это голубой, зеленый, серый, а белый и желтый могут и путать.

Как видят змеи

Остротой зрения, как другие животные змеи не блещут, так как их глаза покрыты тонкой пленкой, из-за которой видимость получается мутной. Когда змея сбрасывает кожу, вместе с ней сходит пленка, что делает зрение змей в этот период особенно отчетливым и острым. Форма зрачка змеи может меняться в зависимости от образа охоты. Например, у ночных змей он вертикальный, а у дневных круглой формы. Самыми необычными глазами обладают плетевидные змеи. Их глаза напоминают чем-то замочную скважину. Из-за такого необычного строения глаз змея умело пользуется своим бинокулярным зрением - то есть каждый глаз формирует цельную картинку мира. Глаза змеи могут воспринимать инфракрасное излучение. Правда, они «видят» тепловое излучение не глазами, а специальными чувствительными к теплу органами.

Как видят ракообразные

Креветки и крабы, у которых тоже сложные глаза, имеют не до конца изученную особенность - они видят очень мелкие детали. Т.е. их зрение довольно грубое, и им тяжело что-либо рассмотреть на расстоянии больше 20 см. Однако они очень хорошо распознают движение.

Неизвестно, зачем раку-богомолу нужно превосходящее остальных ракообразных зрение, однако так оно развилось в процессе эволюции. Считается, что у раков-богомолов наиболее сложное цветовое восприятие - у них есть 12 типов зрительных рецепторов (у людей только 3). Эти зрительные рецепторы располагаются на 6 рядах разнообразных рецепторов-омматидий. Они позволяют раку воспринимать циркулярно-поляризованный свет, а также гиперспектральный цвет.

Как видят обезьяны

Цветовое зрение человекообразных обезьян трихроматическое. У дурукулей, ведущих ночую жизнь, монохроматическое - с таким лучше ориентироваться в темноте. Зрение обезьян определяется образом жизни, питанием. Обезьяны по цвету различают съедобное и несъедобное, узнают степень зрелости плодов и ягод, избегают ядовитых растений.

Как видят лошади и зебры

Лошади крупные животные, поэтому им необходимы широкие возможности органов зрения. У них превосходное периферическое зрение, которое позволяет им видеть почти все, что находиться вокруг. Вот почему их глаза направлены в стороны, а не прямо как у людей. Но это так же означает, что перед носом у них слепое пятно. И они всегда видят все из двух частей. Зебры и лошади видят ночью лучше, чем человек, но видят они в основном в серых оттенках.

Как видят рыбы

Каждый вид рыб видит по-разному. Вот, например акулы. Кажется, что глаз акулы очень похож на человеческий, но действует он совершенно по-другому. Акулы не различают цвета. У акулы есть дополнительный отражающий слой за сетчаткой глаза, благодаря чему она обладает невероятной остротой зрения. Акула видит в 10 раз лучше человека в чистой воде.

Говоря в целом о рыбах. В основном рыбы не способны видеть дальше 12 метров. Различать объекты они начинают на расстоянии двух метров от них. У рыб о отсутствуют веки, но тем не менее, они защищены специальной пленкой. Еще одна из особенностей зрения - способность видеть за пределами воды. Поэтому рыболовам не рекомендуется надевать яркой одежды, которая может вспугнуть.

Мухи живут меньше, чем слоны. В этом нет никаких сомнений. Но, с точки зрения мух, действительно ли их жизнь представляется им гораздо короче? Таким, по сути, был вопрос, который поставил Кевин Гили из Тринити-колледжа в Дублине в своей статье, только что опубликованной в Animal Behaviour. Его ответ: очевидно, нет. Эти небольшие существа мухи с быстрым метаболизмом видят мир в замедленном режиме. Субъективное переживание времени является по сути лишь субъективным. Даже отдельные люди, которые могут обмениваться впечатлениями, разговаривая друг с другом, не могут знать наверняка, совпадает ли их собственный опыт с опытом других людей.

Мухи — зрение мухи и почему ее трудно убить

Но объективный показатель, который, вероятно, коррелирует с субъективным переживанием, все-таки существует. Он называется критической частотой слияния мерцание CFF — critical flicker-fusion frequency, и является самой низкой частотой, при которой мерцающий свет выдается постоянным источником освещения. Он измеряет то, как быстро глаза животных могут обновлять изображения и таким образом обрабатывать информацию.

Для людей средней критической частотой мерцания является 60 герц (то есть 60 раз в секунду). Именно поэтому частота обновления изображения на телевизионном экране, как правило, установлена на этом значении. Псы имеют критическую частоту мерцания в 80 Гц, и поэтому, наверное, кажется, что им не нравится смотреть телевизор. Для собаки телепрограмма выглядит как множество фотокадров, которые быстро меняют собой друг друга.

Высшая критическая частота мерцания должна означать биологические преимущества, поскольку она позволяет быстрее реагировать на угрозы и возможности. Мух, имеющих критическую частоту мерцания в 250 Гц, как известно, трудно прибить. Свернутая газета, которая, как представляется человеку, движется во время удара быстро, мухам кажется такой, будто она движется в мелассе.

Ученый Кевин Гили предположил, что основными факторами, ограничивающими критическую частоту мерцания у животного, является ее размеры и скорость обмена веществ. Небольшой размер означает, что сигналы в мозг проходят меньшее расстояние. Высокая скорость обмена веществ означает, что для их обработки доступно больше энергии. Поиск в литературе, однако, показал, что никто раньше не интересовался этим вопросом.

К счастью, для Гили, этот самый поиск также показал, что многие люди изучали критическую частоту мерцания у большого количества видов по другим причинам. Многие ученые так же изучали скорости обмена веществ у многих тех же видов. Зато данные о размерах видов общеизвестны. Таким образом, все, что ему нужно было сделать — это построить корреляции и применить с пользой для себя результаты других исследований. Что он и сделал.

Для облегчения задачи к своему исследованию ученый взял данные, касающиеся только позвоночных животных — 34 видов. На нижнем конце шкалы оказался европейский угорь, с критической частотой мерцания в 14 Гц. За ним сразу идет кожистая черепаха, с критической частотой мерцания в 15 Гц. Рептилии вида туатара (гаттерия) имеют CFF в 46 Гц. Акулы-молоты вместе с людьми имеют CFF в 60 Гц, а желтоперые птицы, как и псы, имеют CFF в 80 Гц.

Первое место занял суслик золотистый, с CFF в 120 Гц. И когда Гили построил графики зависимости CFF от размера животного и скорости обмена веществ (которые не являются, что нужно признать, независимыми переменными, поскольку у малых животных, как правило, скорость обмена веществ выше, чем у крупных), он нашел именно те корреляции, которые он и предсказал.

Получается, что его гипотеза — что эволюция заставляет животных видеть мир в как можно более медленном движении — выглядит правильной. Жизнь мухи может показаться людям кратковременной, но с точки зрения самих двукрылых, они могут доживать до глубокой старости. Помните об этом в следующий раз, когда попробуете (неудачно) прибить очередную муху.

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 У насекомых он не один или, вернее, не совсем один. Глаз насекомого - это собранные воедино тысячи 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 360 о. Среди млекопитающих самый большой угол зрения у зайца - 180 о. Поэтому он и прозван косым, а что делать, если врагов столько. Лев вот врагов не боится, и глаза у него рассматривают меньше 30 о 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 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.

Мозг мухи вряд ли больше, чем отверстие в швейной иголке. Но муха, обладая таким мозгом, умудряется обработать более ста статических изображений (кадров) в секунду. Как известно, у человека предел - примерно 25 кадров в секунду. А муха нашла более простой и эффективный способ обработки изображений. И это не могло не заинтересовать исследователей в области робототехники.

Обнаружено, что мухи обрабатывают 100 кадров в секунду. И это позволяет им во время полета обнаружить препятствие в течение нескольких миллисекунд (миллисекунда – это одна тысячная секунды). В частности, исследователи сфокусировали своё внимание на оптических потоках, которые они назвали "оптические полевые потоки ". Похоже на то, что это оптическое поле обрабатывается только первым слоем нейронов. Они обрабатывают “грубый” исходный сигнал от каждого мушиного “пикселя” . И пересылают обработанную информацию на следующий слой нейронов. И, как утверждают исследователи, этих вторичных нейронов всего лишь 60 штук в каждом полушарии мушиного мозга. Тем не менее, мушиному мозгу удаётся уменьшить или раздробить поле зрения на множество протекающих последовательно “векторов движения”, которые дают мухе вектор направления движения и “мгновенную” скорость. И что интересно, то, что муха это всё видит!

Мы, люди (и не все), знаем что такое вектор и мгновенная скорость. А муха об этих вещах, естественно, не имеет никакого понятия. И таким способностям мозга мухи обрабатывать огромное количество информации можно только позавидовать. А почему мы видим всего лишь примерно 50 кадров в секунду, а муха 100? Трудно сказать, но есть разумные предположения на этот счёт. Как взлетает муха? Почти “мгновенно”, с огромным ускорением. Мы такую перегрузку врадли бы выдержали. Но можно создать роботизированный мозг, который по скорости обработки информационных потоков не уступит мозгу мухи.

Чтобы попытаться понять, как крошечный мушиный мозг может обрабатывать такое огромный поток информации, исследователи в Мюнхене создали “симулятор полета” для мухи. Муха могла летать, но удерживалось на привязи. Электроды регистрировали реакцию клеток мозга мухи. А исследователи пытались понять, что же происходит в мозге мухи во время полёта.

Первые результаты очевидны. Мухи обрабатывают изображения от их неподвижных глаз совсем не так, как это делает человек. При перемещении мухи в пространстве, в ее мозге формируются “оптические полевые потоки” (optical flux fields), которые и дают мухе направление движения.

Как бы это видел человек? Например, при движении вперёд, окружающие объекты мгновенно бы разбегались по сторонам. А объекты в поле зрения казались бы большими, чем они есть на самом деле. И казалось бы, что ближайшие и удалённые объекты перемещаются по-разному.

Скорость и направление, с которыми объекты мелькают перед мушиными глазами, генерируют типичные шаблоны векторов движения – полевые потоки. Которые на втором этапе обработки изображения достигают так называемой "lobula plate" – центра зрения более высокого уровня. В каждом полушарии мозга мухи есть всего лишь 60 нервных клеток, ответственных за зрение. Каждая из этих нервных клеток реагирует только на сигнал с определенной интенсивностью.

Но для анализа оптических потоков важна информация, поступающая от двух глаз одновременно. Эту связь обеспечивают особые нейроны, называемые “VS cells”. Они и позволяют мухе точно оценить своё местоположение в пространстве и скорость полёта. Похоже на то, что “VS cells” ответственны за распознавание и реакцию на вращающий момент, действующий на муху во время её манёвров в полёте.

Исследователи в области робототехники работают над тем, чтобы разработать роботов, которые могут наблюдать окружающую среду при помощи цифровых камер, изучать то, что они видят и адекватно реагировать на изменение текущей ситуации. И эффективно и безопасно общаться и взаимодействовать с людьми.

Например, уже ведутся разработки маленького летающего робота, положение и скорость полёта которого будет контролироваться при помощи компьютерной системы, имитирующей зрение мухи.

Каждый, кто хоть раз пытался прихлопнуть муху, прекрасно понимает, что задача эта не из легких. Одни списывают промахи на мгновенную реакцию мух, другие – на остроту ее зрения и панорамное видение. Надо сказать, что в равной степени правы и те, и другие. Летает муха действительно быстро, снимается с места – моментально, поэтому и поймать ее так сложно.

Но главная причина кроется как раз в зрении этого насекомого, а также в строении и количестве его глаз.

Расположены органы зрения мухи обыкновенной по бокам головы, где очень сложно не заметить огромные выпуклые глаза насекомого. Глаз этого насекомого обладает сложным строением и называется фасеточным (от французского слова fasette – грань). Дело в том, что орган зрения образован как раз из таких 6-гранных единиц – фасеток, внешне напоминающих по форме медовую соту (каждая такая часть глаза мухи отлично просматривается под микроскопом). Эти единицы называются омматидиями.

В глазу мухи находится около 4 тысяч таких фасеток, но это не предел: у многих других насекомых их гораздо больше. Например, у пчел – 5 000 фасеток, у некоторых бабочек – до 17 000, а у стрекоз количество омматидиев близится к 30 000.

Каждая из этих 4 тысяч фасеток способна видеть только маленькую часть от целого изображения, а в общую цельную картинку этот «пазл» собирает мозг насекомого.

Самый древний экземпляр мухи, возраст которой около 145 миллионов лет, нашли в Китае.

Как мухи видят

В среднем острота зрения мух превышает человеческие возможности в 3 раза.

Т. к. глаза мух крупные и выпуклые, состоящие из омматидиев (фасеток) со всех сторон поверхности глаза, то это строение спокойно позволяет насекомому видеть сразу во всех направлениях – в стороны, вверх, вперед и назад. Такое панорамное зрение (его еще называют круговым) и помогает мухе вовремя заметить опасность и ретироваться прочь сразу же, поэтому ее так сложно прихлопнуть. Более того, муха не просто физически способна видеть в разных направлениях сразу, но и целенаправленно смотреть вокруг, словно обозревая все пространство вокруг себя одновременно.

Именно многочисленные омматидии позволяют мухе следить за мелькающими и очень быстро движущимися предметами без потери четкости изображения. Условно говоря, если зрение человека способно улавливать 16 кадров в секунду, то муха – 250 -300 кадров/сек. Это качество необходимо мухам не только для улавливания движений со стороны, но и для ориентации и качественного видения при быстром полете.

Что касается цвета окружающих предметов – мухи видят не только основные цвета, но и тончайшие их оттенки, включая ультрафиолет, который человеку видеть природой не дано. Получается, что муха видит окружающий мир более радужным, нежели люди. Кстати, объем предметов эти насекомые тоже видят.

Количество глаз

Как уже говорилось, 2 больших фасеточных глаза расположены по бокам головы мух. У самок расположение органов зрения несколько расширено (разделено широким лбом), у самцов же глаза находятся немного ближе друг к другу.

Но на средней линии лба, за сложными фасеточными глазами, находятся еще 3 обычных (не фасеточных) глаза для дополнительного видения. Чаще всего они включаются в работу, когда надо рассмотреть предмет вблизи, т. к. сложный глаз с идеальным зрением в этом случае не так необходим. Получается, что всего у мух 5 глаз.