Perché gli insetti non vedono il rosso? Dal punto di vista di un insetto. La struttura degli occhi composti

Sia le mosche che le api hanno cinque occhi. Tre occhi semplici situato nella parte superiore della testa (si potrebbe dire, sulla sommità della testa), e due complessi, o sfaccettati, ai lati della testa. Gli occhi composti di mosche, api (così come farfalle, libellule e alcuni altri insetti) sono oggetto di studio entusiasta da parte degli scienziati. Il fatto è che questi organi visivi sono molto interessanti. Sono costituiti da migliaia di singoli esagoni o, in termini scientifici, sfaccettature. Ciascuna delle sfaccettature è un occhio in miniatura che dà un'immagine di una parte separata dell'oggetto. IN occhi composti l'ascia di una mosca domestica ha circa 4.000 sfaccettature, y ape operaia- 5000, per un drone - 8000, per una farfalla - fino a 17.000, per una libellula - fino a 30.000 Si scopre che gli occhi degli insetti inviano diverse migliaia di immagini al loro cervello parti separate oggetto, che, sebbene si fondano nell'immagine dell'oggetto nel suo insieme, tuttavia questo oggetto sembra composto da un mosaico.

Perché hai bisogno di occhi composti? Si ritiene che con il loro aiuto gli insetti si orientino in volo. Mentre gli occhi semplici sono progettati per esaminare oggetti vicini. Quindi, se un'ape rimuove o incolla gli occhi composti, allora si comporta come un'ape cieca. Se gli occhi semplici sono incollati, sembra che l'insetto abbia una reazione lenta.

1,2 -Occhi sfaccettati (composti) di un'ape o di una mosca
3 -tre semplici occhi di un'ape o di una mosca

Cinque occhi consentono agli insetti di coprire 360 ​​gradi, cioè vedere tutto ciò che accade davanti, da entrambi i lati e dietro. Forse è per questo che è così difficile avvicinarsi a una mosca senza essere individuati. E se consideri che gli occhi composti vedono un oggetto in movimento molto meglio di uno fermo, allora ci si può solo chiedere come una persona riesca a volte a schiaffeggiare una mosca con un giornale!

La particolarità degli insetti con occhi composti di catturare anche il minimo movimento è mostrata nel seguente esempio: se api e mosche si siedono con le persone per guardare un film, sembrerà loro che gli spettatori bipedi guardino a lungo un fotogramma prima di passare a quello successivo. Affinché gli insetti possano guardare un film (e non singoli fotogrammi, come una foto), il film del proiettore deve essere attorcigliato 10 volte più velocemente.

Vale la pena invidiare gli occhi degli insetti? Probabilmente no. Ad esempio, gli occhi di una mosca vedono molto, ma non sono in grado di guardare da vicino. Ecco perché scoprono il cibo (una goccia di marmellata, per esempio) strisciando sul tavolo e urtandolo letteralmente. E le api, a causa delle peculiarità della loro vista, non distinguono il rosso: per loro è nero, grigio o blu.

Il più complesso degli organi di senso negli insetti sono gli organi della vista. Questi ultimi sono rappresentati da formazioni di diversi tipi, di cui i più importanti sono gli occhi sfaccettati composti di circa la stessa struttura degli occhi composti dei crostacei.

Gli occhi sono costituiti da ommatidi separati (Fig. 337), il cui numero è determinato principalmente dalle caratteristiche biologiche degli insetti. Predatori attivi e buoni volatori, le libellule hanno occhi con fino a 28.000 sfaccettature ciascuno. Allo stesso tempo, le formiche (neg. Imenotteri), in particolare gli individui che lavorano di specie che vivono sottoterra, hanno occhi composti da 8-9 ommatidi.

Ogni ommatidium rappresenta una perfetta sensilla fotoottica (Fig. 338). Consiste in un apparato ottico, comprendente la cornea, una sezione trasparente della cuticola sopra l'ommatidio e il cosiddetto cono di cristallo. Insieme, agiscono come una lente. L'apparato percettivo dell'ommatidio è rappresentato da diverse (4 - 12) cellule recettrici; la loro specializzazione è andata molto lontano, come dimostra la loro completa perdita delle strutture flagellari. Le parti effettivamente sensibili delle cellule - i rabdomeri - sono ammassi di microvilli densamente compatti, situati al centro dell'ommatidio e strettamente adiacenti l'uno all'altro. Insieme si formano elemento fotosensibile gli occhi sono uno schiavo.

Le cellule del pigmento schermante si trovano lungo i bordi dell'ommatidio; questi ultimi differiscono in modo abbastanza significativo negli insetti diurni e notturni. Nel primo caso, il pigmento nella cellula è immobile e separa costantemente gli ommatidi vicini, impedendo il passaggio dei raggi luminosi da un occhio all'altro. Nel secondo caso il pigmento riesce a muoversi nelle cellule e ad accumularsi solo nella loro parte superiore. In questo caso, i raggi di luce cadono sulle cellule sensibili non di uno, ma di diversi ommatidi vicini, il che aumenta notevolmente (quasi due ordini di grandezza) la sensibilità complessiva dell'occhio. Naturalmente, questo tipo di adattamento è sorto negli insetti crepuscolari e notturni. Gli ommatidi partono da cellule sensibili terminazioni nervose formando il nervo ottico.

Oltre agli occhi composti, molti insetti hanno anche occhi semplici (Fig. 339), la cui struttura non corrisponde alla struttura di un ommatidio. L'apparato rifrattivo è di forma lenticolare, immediatamente sotto c'è uno strato di cellule sensibili. L'intero occhio è ricoperto da una guaina di cellule del pigmento. Le proprietà ottiche degli occhi semplici sono tali da non poter percepire immagini di oggetti.

Le larve di insetti nella maggior parte dei casi hanno solo semplici ocelli, che tuttavia differiscono nella struttura dai semplici ocelli degli stadi adulti. Non c'è continuità tra gli occhi degli adulti e le larve. Durante la metamorfosi, gli occhi delle larve vengono completamente riassorbiti.

Le capacità visive degli insetti sono perfette. Tuttavia, le caratteristiche strutturali dell'occhio composto predeterminano uno speciale meccanismo fisiologico della visione. Gli animali con occhi composti hanno una visione "a mosaico". Le piccole dimensioni degli ommatidi e il loro isolamento l'uno dall'altro portano al fatto che ogni gruppo di cellule sensibili percepisce solo un raggio di raggi piccolo e relativamente stretto. I raggi incidenti con un angolo significativo vengono assorbiti dalle cellule del pigmento schermanti e non raggiungono gli elementi fotosensibili degli ommatidi. Così, schematicamente, ogni ommatidia riceve l'immagine di uno solo piccolo punto un oggetto all'interno del campo visivo dell'intero occhio. Di conseguenza, l'immagine è composta da tanti punti luce corrispondenti a diverse parti dell'oggetto quante sono le sfaccettature perpendicolari ai raggi provenienti dall'oggetto. L'immagine complessiva è combinata, per così dire, da una moltitudine di piccole immagini parziali applicandole l'una all'altra.

Anche la percezione del colore da parte degli insetti si distingue per una certa particolarità. Rappresentanti gruppi superiori Gli insetti hanno visione dei colori, basato sulla percezione di tre colori primari, la cui miscelazione conferisce tutta la diversità colorata del mondo che ci circonda. Tuttavia, negli insetti, rispetto agli esseri umani, c'è un forte spostamento verso la parte dello spettro a lunghezza d'onda corta: percepiscono i raggi verde-giallo, blu e ultravioletti. Questi ultimi sono invisibili per noi. Quindi, percezione del colore il mondo degli insetti differisce nettamente dal nostro.

Le funzioni degli occhi semplici degli insetti adulti richiedono ancora uno studio serio. Apparentemente, "integrano" in una certa misura gli occhi composti, influenzando l'attività del comportamento degli insetti in diverse condizioni di illuminazione. Inoltre, è stato dimostrato che gli ocelli semplici, insieme agli occhi composti, sono in grado di percepire la luce polarizzata.

Il cervello di una mosca è appena più grande del foro di un ago da cucito. Ma una mosca, con un tale cervello, riesce a elaborarne più di cento immagini statiche(fotogrammi al secondo. Come sai, una persona ha un limite: circa 25 fotogrammi al secondo. E la mosca ha trovato un più semplice e metodo efficace elaborazione delle immagini. E questo non poteva non interessare i ricercatori nel campo della robotica.

È stato scoperto che le mosche elaborano 100 fotogrammi al secondo. E questo consente loro di rilevare un ostacolo durante il volo in pochi millisecondi (un millisecondo è un millesimo di secondo). In particolare, i ricercatori hanno focalizzato la loro attenzione sui flussi ottici, che hanno chiamato "flussi di campo ottico". Sembra che questo campo ottico sia elaborato solo dal primo strato di neuroni. Elaborano il segnale grezzo "grezzo" dal "pixel" di ogni mosca. E inviano le informazioni elaborate allo strato successivo di neuroni. E, secondo i ricercatori, ci sono solo 60 di questi neuroni secondari in ciascun emisfero del cervello della mosca. Tuttavia, il cervello della mosca riesce a ridurre o frammentare il campo visivo in tanti "vettori di movimento" che scorrono in successione, che danno alla mosca un vettore di direzione e una velocità "istantanea". E la cosa interessante è che la mosca vede tutto!

Noi, persone (e non tutti), sappiamo cosa sono un vettore e una velocità istantanea. Una mosca su queste cose, ovviamente, non ne ha idea. E a tali capacità del cervello di una mosca da elaborare grande quantità le informazioni possono solo essere invidiate. E perché vediamo solo circa 50 fotogrammi al secondo e una mosca 100? È difficile da dire, ma ci sono ipotesi ragionevoli su questo. Come decolla una mosca? Quasi “istantaneamente”, con un'accelerazione enorme. Difficilmente potremmo sopportare un tale sovraccarico. Ma puoi creare un cervello robotico che, in termini di velocità di elaborazione flussi informativi non cederà al cervello di una mosca.

Per cercare di capire come il cervello di una minuscola mosca possa elaborare una quantità così grande di informazioni, i ricercatori di Monaco hanno creato un "simulatore di mosca" per la mosca. La mosca poteva volare, ma era tenuta al guinzaglio. Gli elettrodi hanno registrato la reazione delle cellule cerebrali della mosca. E i ricercatori hanno cercato di capire cosa succede nel cervello di una mosca durante il volo.

I primi risultati sono evidenti. Le mosche elaborano le immagini dai loro occhi fissi in un modo molto diverso rispetto agli umani. Quando una mosca si muove nello spazio, nel suo cervello si formano "campi di flusso ottico", che danno alla mosca la direzione del movimento.

Come lo vedrebbe una persona? Ad esempio, quando ci si sposta in avanti, gli oggetti circostanti si disperderebbero istantaneamente ai lati. E gli oggetti nel campo visivo sembrerebbero più grandi di quanto non siano in realtà. E sembrerebbe che gli oggetti vicini e lontani si muovano in modo diverso.

La velocità e la direzione con cui gli oggetti tremolano davanti agli occhi di una mosca generano modelli tipici di vettori di movimento: le correnti di campo. Che nella seconda fase dell'elaborazione delle immagini raggiungono la cosiddetta "piastra lobulare" - il centro della visione è di più alto livello. In ogni emisfero del cervello della mosca, ce ne sono solo 60 cellule nervose responsabile della vista. Ognuna di queste cellule nervose risponde solo a un segnale con una certa intensità.

Ma per l'analisi dei flussi ottici è importante l'informazione proveniente da due occhi contemporaneamente. Questa connessione è fornita da neuroni speciali chiamati "cellule VS". Consentono alla mosca di valutare con precisione la sua posizione nello spazio e la sua velocità di volo. Sembra che le "cellule VS" siano responsabili del riconoscimento e della risposta alla coppia applicata alla mosca durante le sue manovre di volo.

I ricercatori di robotica stanno lavorando per sviluppare robot in grado di osservare ambiente con aiuto fotocamere digitali, studiano ciò che vedono e rispondono adeguatamente alle mutevoli situazioni attuali. E comunicare e interagire in modo efficace e sicuro con le persone.

Ad esempio, sono già in corso gli sviluppi su un piccolo robot volante la cui posizione e velocità di volo saranno controllate da un sistema informatico che imita la visione di una mosca.

Insetti. Fin dall'infanzia, abbiamo ammirato la bellezza delle farfalle, catturate coccinelle' Soffriva di punture di zanzara. E anche da adulti abbiamo paura di vespe e ragni. Questa classe di animali in latino suona molto bella "insecta" - la più numerosa. Se consideriamo solo le specie descritte, ce ne sono circa un milione. In effetti, ce ne sono molti altri. Ora gli scienziati sono inclini a credere che ci siano circa otto milioni di specie di insetti sul nostro pianeta. Miriadi di minuscole creature strisciano, volano, ronzano, cinguettano e guardano il mondo con i propri occhi.

Come vedono queste creature in miniatura? Occhi d'insetto, molto organo importante. Negli adulti di molte specie, gli occhi sono occupati maggior parte teste. Se vengono visualizzati da grande aumento, quindi sembreranno un sottile reticolo o maglia. Questo perché ogni occhio è formato da tanti piccoli ocelli. Si chiamano sfaccettati. Un occhio così minuscolo è chiamato ommatidio. Coni lunghi e stretti, all'estremità dei quali sono presenti lenti a forma di esagono, si adattano strettamente l'uno all'altro. I loro assi, a causa del fatto che l'occhio è rotondo, divergono come raggi. E nonostante il fatto che un ommatidium abbia la capacità di vedere solo da uno a sei gradi, tutti insieme, e hanno tipi diversi da 100 a 30.000, permettono all'occhio di coprire l'intero soggetto. L'immagine è composta da diversi pezzi, come un mosaico.

Gli insetti non distinguono i piccoli dettagli. La chiarezza dell'immagine è disturbata dal fatto che gli assi ottici degli ommatidi divergono ad angoli di 1–6 gradi. Vedi gli insetti non lontano. A pochi metri di distanza. Ma quando il sole non è più visibile nel cielo, grazie alla capacità di determinare il piano di polarizzazione della luce, sono ben orientati. E distinguono lo sfarfallio o il lampeggiamento della luce con una frequenza di 250-300 hertz. Per confronto, noi umani siamo in grado di farlo con una frequenza di circa 50 hertz.

Se parliamo se queste briciole distinguono i colori, allora sì. Certo, nemmeno come le persone. Le api sono state le più studiate a questo proposito. Quindi, da numerosi esperimenti, gli scienziati hanno appreso che le api vedono il mondo, dipinto in quattro colori. Rosso-giallo-verde. Si si. Esattamente. Non ciascuno separatamente, ma un colore a noi sconosciuto, fuso insieme. Anche blu-verde, blu-viola e ultravioletto. Anche altri insetti distinguono la luce ultravioletta. Tra loro ci sono alcune farfalle, formiche. Questo problema non è stato studiato a fondo. Molto resta da sapere.

Non è tutto. Sulla parte fronto-parietale della testa degli insetti si trovano altri tre occhi a forma di triangolo. Alcuni ne hanno due. Il loro diametro va da 0,03 a 0,5 mm. Sono molto più semplici di quelli sfaccettati. Ma non giocano di meno ruolo importante. Questi occhi aumentano la fotosensibilità complessiva, cioè aiutano l'insetto ad orientarsi rispetto alla sorgente luminosa. Se gli occhi sono sigillati, l'insetto sarà meno sensibile alla luce.

Studiando la struttura, le abitudini e le abitudini di queste fantastiche creature, siamo sempre più convinti di quanto sia inimitabile e unico il mondo che ci circonda. E con quanta attenzione dovrebbe essere trattato per non sconvolgere l'equilibrio di cui il Creatore ci ha circondato.

Chiunque abbia mai provato a scacciare una mosca capisce perfettamente che questo compito non è facile. Alcuni attribuiscono gli errori alla reazione istantanea della mosca, altri alla sua acuità visiva e visione panoramica. Va detto che dentro ugualmente entrambi hanno ragione. La mosca vola molto velocemente, viene rimossa dal punto - all'istante, motivo per cui è così difficile prenderla.

Ma motivo principale sta proprio nella visione di questo insetto, oltre che nella struttura e nel numero dei suoi occhi.

Gli organi visivi della mosca comune si trovano ai lati della testa, dove è molto difficile non notare l'enorme occhi sporgenti insetto. L'occhio di questo insetto ha struttura complessa ed è chiamato sfaccettato (dalla parola francese fasette - bordo). Il fatto è che l'organo della visione è formato proprio da tali unità a 6 facce - sfaccettature, che assomigliano esternamente a un nido d'ape (ogni parte dell'occhio di una mosca è perfettamente visibile al microscopio). Queste unità sono chiamate ommatidi.

Ci sono circa 4mila sfaccettature di questo tipo nell'occhio di una mosca, ma questo non è il limite: molti altri insetti ne hanno molte di più. Ad esempio, le api hanno 5.000 sfaccettature, alcune farfalle ne hanno fino a 17.000 e le libellule hanno quasi 30.000 ommatidi.

Ognuna di queste 4mila sfaccettature è in grado di vedere solo una piccola parte dell'intera immagine, e questo "puzzle" raccoglie il cervello di un insetto in un quadro generale comune.

Il più antico esemplare di mosca, che ha circa 145 milioni di anni, è stato trovato in Cina.

Come vedono le mosche

In media, l'acuità visiva delle mosche supera capacità umane 3 volte.

Poiché gli occhi delle mosche sono grandi e convessi, costituiti da ommatidi (sfaccettature) su tutti i lati della superficie dell'occhio, questa struttura consente all'insetto di vedere con calma in tutte le direzioni contemporaneamente: ai lati, in alto, in avanti e indietro. Come visione panoramica(si chiama anche circolare) e aiuta la mosca a notare il pericolo in tempo e a ritirarsi immediatamente, motivo per cui è così difficile schiacciarla. Inoltre, la mosca non solo è fisicamente in grado di vedere in direzioni diverse contemporaneamente, ma si guarda anche intorno intenzionalmente, come se osservasse contemporaneamente l'intero spazio circostante.

Sono i numerosi ommatidi che consentono alla mosca di seguire oggetti tremolanti e in rapido movimento senza perdere la nitidezza dell'immagine. Relativamente parlando, se la visione di una persona è in grado di catturare 16 fotogrammi al secondo, allora una mosca è di 250-300 fotogrammi / sec. Questa qualità è necessaria affinché le mosche non solo catturino i movimenti laterali, ma anche per l'orientamento e una visione di alta qualità durante un volo veloce.

Per quanto riguarda il colore degli oggetti circostanti, le mosche vedono non solo i colori primari, ma anche le loro sfumature più sottili, compreso l'ultravioletto, che la natura non può vedere per l'uomo. Si scopre che la mosca vede il mondo più iridescente delle persone. A proposito, questi insetti vedono anche il volume degli oggetti.

Numero di occhi

Come già accennato, 2 grandi occhi composti situato ai lati della testa delle mosche. Nelle femmine, la posizione degli organi visivi è in qualche modo espansa (separata da un'ampia fronte), mentre nei maschi gli occhi sono leggermente più vicini l'uno all'altro.

Ma sulla linea mediana della fronte, dietro i complessi occhi composti, ci sono altri 3 occhi ordinari (non composti) per una visione aggiuntiva. Molto spesso, sono inclusi nel lavoro quando è necessario esaminare un oggetto da vicino, poiché in questo caso non è necessario un occhio composto con una visione perfetta. Si scopre che le mosche hanno 5 occhi in totale.