تتهرب الذبابة بحدة من الجسم الذي يطير نحوها، وتختار الفراشة زهرة معينة، وتزحف اليرقة إلى أعلى شجرة. الحشرات، مثل البشر، لديها أيضًا أعضاء بصرية، لكنها ترى العالم وتدركه بطريقة خاصة. برؤيته الاستثنائية التي يتعذر على البشر الوصول إليها. يمكن لبعض الحشرات تحديد الضوء والظلام فقط، في حين أن البعض الآخر على دراية جيدة بالظلال. فكيف ترى الحشرات العالم؟

طرق الحشرات لرؤية العالم

تنقسم قدرتهم على الرؤية إلى ثلاث طرق.

سطح الجسم بالكامل

ميزة مثيرة للاهتمام ليس من الضروري أن يكون لديك عيون. لكن عيبها الكبير هو أن الحشرة لا يمكنها التمييز إلا بين الضوء والظلام. ولا يرى أي أشياء أو ألوان. كيف يعمل؟ يمر الضوء عبر البشرة، وهي الطبقة الخارجية من الجلد، ويصل إلى رأس الحشرة. وهناك يحدث رد فعل في خلايا الدماغ، فتدرك الحشرة أن الضوء يسقط عليها. مثل هذا الجهاز غير متاح للجميع، لكنه مفيد للغاية لتلك الحشرات التي تعيش تحت الأرض، على سبيل المثال، ديدان الأرض أو خنافس الكهف العمياء. تم العثور على هذا النوع من الرؤية في الصراصير والمن واليرقات.

مواد ذات صلة:

أخطر الحشرات

بعيون بسيطة

الحشرات ذات العيون البسيطة أكثر حظًا. لا يمكنهم فقط تحديد الظلام من الضوء، ولكن أيضًا التمييز بين الأشياء الفردية وحتى شكلها. غالبًا ما توجد مثل هذه العيون في يرقات الحشرات. على سبيل المثال، تحتوي يرقات البعوض على بقع صبغية بدلاً من العيون التي تلتقط الضوء. لكن اليرقات لديها من خمس إلى ست عيون على كل جانب من رؤوسها. وبفضل هذا، فهي على دراية جيدة بالأشكال. لكنها ترى الأجسام الرأسية أفضل بكثير من الأجسام الأفقية. على سبيل المثال، إذا كان عليها أن تختار شجرة، فإنها تفضل الزحف إلى الشجرة الأطول من الشجرة الأعرض.

العيون المركبة أو المركبة

غالبًا ما توجد مثل هذه العيون في الحشرات البالغة. يمكنك التعرف عليها على الفور - فهي عادة ما تكون موجودة على جانبي الرأس. العيون المركبة أكثر تعقيدًا وتنوعًا من غيرها. يمكنهم التعرف على أشكال الأشياء وتحديد الألوان. ترى بعض الحشرات جيدًا أثناء النهار، بينما يرى البعض الآخر جيدًا في الليل. ومن السمات المثيرة للاهتمام في هذه العيون أنها لا ترى الصورة بأكملها ككل، بل ترى أجزاء فقط. وبالفعل في الدماغ، تقوم الحشرة بتجميع لغز من الصور المستلمة لرؤية الصورة الكاملة. كيف تتمكن الذبابة من ربط جميع قطع القطعة أثناء الطيران؟ والمثير للدهشة أنها ترى أثناء الطيران بشكل أفضل من الراحة. وبالنسبة لموقع الهبوط، من المرجح أن تختار أي حشرة شيئًا يتحرك أو يتأرجح.

يُعتقد أن الشخص يتلقى ما يصل إلى 90٪ من المعرفة حول العالم الخارجي بمساعدة رؤيته المجسمة. اكتسب الأرانب البرية رؤية جانبية، بفضلها يمكنهم رؤية الأشياء الموجودة على الجانب وحتى خلفهم. في أسماك أعماق البحار، يمكن أن تشغل العيون ما يصل إلى نصف الرأس، وتسمح "العين الثالثة" الجدارية لامبري لها بالتنقل جيدًا في الماء. لا تستطيع الثعابين رؤية سوى جسم متحرك، لكن عيون صقر الشاهين تعتبر الأكثر يقظة في العالم، فهي قادرة على تعقب الفريسة من ارتفاع 8 كم!

ولكن كيف يرى ممثلو فئة الكائنات الحية الأكثر عددًا وتنوعًا على الأرض - الحشرات - العالم؟ جنبا إلى جنب مع الفقاريات، التي تكون أقل شأنا منها فقط في حجم الجسم، فإن الحشرات هي التي تتمتع بالرؤية الأكثر تقدما والأنظمة البصرية المعقدة للعين. على الرغم من أن العيون المركبة للحشرات لا تحتوي على أماكن إقامة، ونتيجة لذلك يمكن أن يطلق عليها قصر النظر، إلا أنها، على عكس البشر، قادرة على التمييز بين الأجسام المتحركة سريعة للغاية. وبفضل البنية المنظمة لمستقبلاتهم الضوئية، يتمتع الكثير منهم بـ "الحاسة السادسة" الحقيقية - رؤية الاستقطاب.

الرؤية تتلاشى - قوتي،
اثنين من الرماح الماسية غير المرئية ...

أ. تاركوفسكي (1983)

من الصعب المبالغة في تقدير الأهمية سفيتا(الإشعاع الكهرومغناطيسي في الطيف المرئي) لجميع سكان كوكبنا. يعمل ضوء الشمس كمصدر رئيسي للطاقة لنباتات التمثيل الضوئي والبكتيريا، وبشكل غير مباشر من خلالها لجميع الكائنات الحية في المحيط الحيوي للأرض. يؤثر الضوء بشكل مباشر على مجموعة كاملة من عمليات الحياة الحيوانية، من التكاثر إلى تغيرات اللون الموسمية. وبالطبع، بفضل إدراك الضوء بواسطة أعضاء حسية خاصة، تتلقى الحيوانات قدرًا كبيرًا (وغالبًا ب يامعظم) المعلومات حول العالم المحيط، يمكنهم تمييز شكل ولون الأشياء، وتحديد حركة الأجسام، والتنقل في الفضاء، وما إلى ذلك.

الرؤية مهمة بشكل خاص للحيوانات القادرة على التحرك بنشاط في الفضاء: مع ظهور الحيوانات المتنقلة بدأ الجهاز البصري في التشكل والتحسن - وهو الأكثر تعقيدًا بين جميع الأنظمة الحسية المعروفة. وتشمل هذه الحيوانات الفقاريات وبين اللافقاريات - رأسيات الأرجل والحشرات. هذه المجموعات من الكائنات الحية هي التي يمكنها التفاخر بأجهزة الرؤية الأكثر تعقيدًا.

ومع ذلك، يختلف الجهاز البصري لهذه المجموعات بشكل كبير، وكذلك إدراك الصور. يُعتقد أن الحشرات بشكل عام أكثر بدائية مقارنة بالفقاريات، ناهيك عن أعلى مستوياتها - الثدييات، وبطبيعة الحال، البشر. ولكن ما مدى اختلاف تصوراتهم البصرية؟ بمعنى آخر، هل يُرى العالم من خلال عيون مخلوق صغير يسمى الذبابة يختلف كثيرًا عن عيوننا؟

فسيفساء من السداسيات

لا يختلف النظام البصري للحشرات، من حيث المبدأ، عن الحيوانات الأخرى ويتكون من أجهزة الرؤية المحيطية والهياكل العصبية وتكوينات الجهاز العصبي المركزي. ولكن بالنسبة لمورفولوجية الأعضاء البصرية، فإن الاختلافات هنا هي ببساطة مذهلة.

الجميع على دراية بالمعقد الأوجهعيون الحشرات، والتي توجد في الحشرات البالغة أو في يرقات الحشرات التي تتطور معها تحول غير مكتملأي بدون مرحلة العذراء. لا توجد استثناءات كثيرة لهذه القاعدة: هذه هي البراغيث (رتبة Siphonaptera)، والأجنحة المروحية (رتبة Strepsiptera)، ومعظم الأسماك الفضية (عائلة Lepismatidae) وفئة cryptognathans بأكملها (Entognatha).

وتشبه العين المركبة سلة زهرة دوار الشمس الناضجة: فهي تتكون من مجموعة من الأوجه ( أوماتيديا) - أجهزة استقبال إشعاع ضوئي مستقلة تحتوي على كل ما هو ضروري لتنظيم تدفق الضوء وتكوين الصورة. يختلف عدد الجوانب بشكل كبير: من عدة جوانب ذات شعيرات (أمر Thysanura) إلى 30 ألفًا في اليعسوب (أمر Aeshna). من المثير للدهشة أن عدد الأوماتيديا يمكن أن يختلف حتى داخل مجموعة نظامية واحدة: على سبيل المثال، عدد من أنواع الخنافس الأرضية التي تعيش في المساحات المفتوحة لديها عيون مركبة متطورة مع عدد كبير من الأوماتيديا، في حين أن الخنافس الأرضية التي تعيش تحت الحجارة قد انخفض عددها بشكل كبير العيون وتتكون من عدد قليل من الأوماتيديا.

يتم تمثيل الطبقة العليا من الأوماتيديا بالقرنية (العدسة) - وهي جزء من بشرة شفافة تفرزها خلايا خاصة، وهي نوع من العدسات السداسية ثنائية التحدب. يوجد تحت قرنية معظم الحشرات مخروط بلوري شفاف قد يختلف تركيبه بين الأنواع. في بعض الأنواع، خاصة تلك التي تكون ليلية، توجد هياكل إضافية في جهاز انكسار الضوء تلعب بشكل أساسي دور الطبقة المضادة للانعكاس وتزيد من انتقال الضوء للعين.

الصورة التي تتكون من العدسة والمخروط البلوري تقع على حساس للضوء الشبكيةالخلايا (البصرية)، وهي عبارة عن عصبون ذو محور ذيل قصير. تشكل عدة خلايا شبكية حزمة أسطوانية واحدة - الشبكية. داخل كل خلية من هذا القبيل، على الجانب المواجه للداخل، يقع الأوماتيديوم rhabdomer- تكوين خاص للعديد من أنابيب الزغب المجهرية (ما يصل إلى 75-100 ألف) التي يحتوي غشاءها على صبغة بصرية. كما هو الحال في جميع الفقاريات، هذا الصباغ هو رودوبسين- البروتين الملون المعقد. ونظراً لضخامة مساحة هذه الأغشية فإن الخلية العصبية المستقبلة للضوء تحتوي على عدد كبير من جزيئات الرودوبسين (كما هو الحال في ذبابة الفاكهة مثلاً) ذبابة الفاكهةوهذا العدد يتجاوز 100 مليون!).

Rhabdomeras من جميع الخلايا البصرية، مجتمعة في rhabdom، وهي عناصر مستقبلة حساسة للضوء في العين المركبة، وتشكل كل الشبكية معًا نظيرًا لشبكية العين.

يُحاط جهاز الوجه المنكسر والحساس للضوء على طول المحيط بخلايا ذات أصباغ تلعب دور العزل الضوئي: فبفضلها، يصل تدفق الضوء، عند الانكسار، إلى الخلايا العصبية لأوماتيديا واحدة فقط. ولكن هذه هي الطريقة التي يتم بها ترتيب الجوانب فيما يسمى photopicعيون تتكيف مع ضوء النهار الساطع.

بالنسبة للأنواع التي تعيش أسلوب حياة الشفق أو الليلي، تتميز العيون من نوع مختلف - منظاري. تحتوي هذه العيون على عدد من التكيفات مع عدم كفاية تدفق الضوء، على سبيل المثال، Rhabdomeres كبيرة جدا. بالإضافة إلى ذلك، في أوماتيديا مثل هذه العيون، يمكن للأصباغ العازلة للضوء أن تهاجر بحرية داخل الخلايا، بحيث يمكن أن يصل تدفق الضوء إلى الخلايا البصرية في أوماتيديا المجاورة. هذه الظاهرة تكمن وراء ما يسمى التكيف المظلمعيون الحشرات - زيادة حساسية العين في الإضاءة المنخفضة.

عندما تمتص الرابودوميرات فوتونات الضوء، تتولد نبضات عصبية في خلايا الشبكية، والتي يتم إرسالها عبر محاور عصبية إلى الفصوص البصرية المزدوجة في دماغ الحشرة. يحتوي كل فص بصري على ثلاثة مراكز ترابطية، حيث تتم معالجة تدفق المعلومات المرئية القادمة من العديد من الجوانب في وقت واحد.

من الواحدة إلى الثلاثين

وفقا للأساطير القديمة، كان لدى الناس ذات يوم "عين ثالثة" مسؤولة عن الإدراك خارج الحواس. لا يوجد دليل على ذلك، ولكن نفس الجلكى والحيوانات الأخرى، مثل السحلية المعنقدة وبعض البرمائيات، لديها أعضاء حساسة للضوء بشكل غير عادي في المكان "الخاطئ". وبهذا المعنى، فإن الحشرات لا تتخلف عن الفقاريات: بالإضافة إلى العيون المركبة المعتادة، لديها عيون إضافية صغيرة - عينيةتقع على السطح الجبهي الجداري، و ينبع- على جانبي الرأس.

تم العثور على Ocelli بشكل رئيسي في الحشرات الطائرة بشكل جيد: البالغين (في الأنواع ذات التحول الكامل) واليرقات (في الأنواع ذات التحول غير الكامل). كقاعدة عامة، هذه هي ثلاث عيون مرتبة على شكل مثلث، ولكن في بعض الأحيان قد تكون العين الوسطى أو الاثنتان مفقودتين. يشبه هيكل العينيات هيكل ommatidia: تحت العدسة الكاسرة للضوء توجد طبقة من الخلايا الشفافة (تشبه المخروط البلوري) وشبكية العين.

يمكن العثور على السيقان في يرقات الحشرات التي تتطور مع تحول كامل. يختلف عددها وموقعها حسب الأنواع: على كل جانب من الرأس يمكن أن يكون هناك من واحد إلى ثلاثين عينًا. في اليرقات، هناك ستة عيون أكثر شيوعًا، مرتبة بحيث يكون لكل منها مجال رؤية منفصل.

في رتب مختلفة من الحشرات، قد تختلف الجذع عن بعضها البعض في البنية. ربما تكون هذه الاختلافات بسبب أصلها من الهياكل المورفولوجية المختلفة. وبالتالي، فإن عدد الخلايا العصبية في عين واحدة يمكن أن يتراوح من عدة وحدات إلى عدة آلاف. وبطبيعة الحال، يؤثر ذلك على إدراك الحشرات للعالم المحيط بها: ففي حين أن بعضها لا يستطيع رؤية سوى حركة البقع المضيئة والداكنة، فإن البعض الآخر قادر على التعرف على حجم الأشياء وشكلها ولونها.

كما نرى، فإن كلا من الجذوع والأوماتيديا هي نظائر لجوانب واحدة، وإن كانت معدلة. ومع ذلك، لدى الحشرات خيارات "احتياطية" أخرى. وبالتالي، فإن بعض اليرقات (خاصة من رتبة Diptera) قادرة على التعرف على الضوء حتى مع وجود عيون مظللة تمامًا باستخدام الخلايا الحساسة للضوء الموجودة على سطح الجسم. وبعض أنواع الفراشات لديها ما يسمى بالمستقبلات الضوئية التناسلية.

يتم تنظيم جميع مناطق المستقبلات الضوئية بطريقة مماثلة وتمثل مجموعة من الخلايا العصبية المتعددة تحت بشرة شفافة (أو نصف شفافة). بسبب هذه "العيون" الإضافية، تتجنب يرقات ديبتيران المساحات المفتوحة، وتستخدمها إناث الفراشات عند وضع البيض في المناطق المظللة.

بولارويد الأوجه

ماذا يمكن أن تفعل عيون الحشرات المعقدة؟ وكما هو معروف فإن أي إشعاع ضوئي يمكن أن يكون له ثلاث خصائص: سطوع, يتراوح(الطول الموجي) و الاستقطاب(اتجاه تذبذبات المكون الكهرومغناطيسي).

تستخدم الحشرات الخصائص الطيفية للضوء لتسجيل الكائنات في العالم المحيط بها والتعرف عليها. جميعهم تقريبًا قادرون على إدراك الضوء في نطاق 300-700 نانومتر، بما في ذلك الجزء فوق البنفسجي من الطيف، الذي لا يمكن للفقاريات الوصول إليه.

عادة، يتم إدراك ألوان مختلفة من خلال مناطق مختلفة من العين المركبة للحشرة. يمكن أن تختلف هذه الحساسية "المحلية" حتى داخل نفس النوع، اعتمادًا على جنس الفرد. في كثير من الأحيان، قد تحتوي نفس الأوماتيديا على مستقبلات ألوان مختلفة. لذلك، في الفراشات من الجنس بابيليواثنان من المستقبلات الضوئية لهما صبغة بصرية بحد أقصى للامتصاص عند 360 أو 400 أو 460 نانومتر، واثنين آخرين عند 520 نانومتر، والباقي بين 520 و 600 نانومتر (Kelber et al.، 2001).

لكن هذا ليس كل ما تستطيع عين الحشرة فعله. كما ذكر أعلاه، في الخلايا العصبية البصرية، يتم طي الغشاء المستقبل للضوء للميكروفيلي المخططة في أنبوب ذو مقطع عرضي دائري أو سداسي. ونتيجة لذلك، فإن بعض جزيئات رودوبسين لا تشارك في امتصاص الضوء بسبب حقيقة أن لحظات ثنائي القطب لهذه الجزيئات تقع بالتوازي مع مسار شعاع الضوء (Govardovsky and Gribakin، 1975). ونتيجة لذلك، يكتسب microvillus ثنائية اللون- القدرة على امتصاص الضوء بشكل مختلف حسب استقطابه. يتم تسهيل الزيادة في حساسية الاستقطاب للأوماتيديوم أيضًا من خلال حقيقة أن جزيئات الصبغة البصرية لا تتوضع بشكل عشوائي في الغشاء، كما هو الحال في البشر، ولكنها موجهة في اتجاه واحد، علاوة على ذلك، فهي ثابتة بشكل صارم.

إذا كانت العين قادرة على التمييز بين مصدرين للضوء بناءً على خصائصهما الطيفية، بغض النظر عن شدة الإشعاع، فيمكننا الحديث عن رؤية الألوان. ولكن إذا فعل ذلك عن طريق تثبيت زاوية الاستقطاب، كما في هذه الحالة، فلدينا كل الأسباب للحديث عن رؤية الاستقطاب للحشرات.

كيف ترى الحشرات الضوء المستقطب؟ استنادًا إلى بنية الأوماتيديوم، يمكن الافتراض أن جميع المستقبلات الضوئية يجب أن تكون حساسة في نفس الوقت لكل من طول (أطوال) معينة من موجات الضوء ودرجة استقطاب الضوء. ولكن في هذه الحالة قد تنشأ مشاكل خطيرة - ما يسمى إدراك اللون الزائف. وبالتالي، فإن الضوء المنعكس من السطح اللامع للأوراق أو سطح الماء مستقطب جزئيًا. في هذه الحالة، قد يخطئ الدماغ، عند تحليل بيانات المستقبل الضوئي، في تقييم شدة اللون أو شكل السطح العاكس.

لقد تعلمت الحشرات كيفية التعامل بنجاح مع مثل هذه الصعوبات. وهكذا، في عدد من الحشرات (الذباب والنحل في المقام الأول)، يتم تشكيل رهابدوم في أوماتيديا التي ترى اللون فقط نوع مغلق، حيث لا تتصل الرابدوميرات ببعضها البعض. في الوقت نفسه، لديهم أيضًا أوماتيديا ذات الربمات المستقيمة المعتادة، والتي تكون أيضًا حساسة للضوء المستقطب. في النحل، توجد هذه الجوانب على طول حافة العين (Wehner and Bernard، 1993). في بعض الفراشات، يتم القضاء على التشوهات في إدراك اللون بسبب الانحناء الكبير للميكروفيلي في rhabdomeres (Kelber et al.، 2001).

في العديد من الحشرات الأخرى، وخاصة Lepidoptera، يتم الحفاظ على rhabdoms المستقيمة المعتادة في جميع Ommatidia، وبالتالي فإن مستقبلاتها الضوئية قادرة على إدراك كل من الضوء "الملون" والمستقطب في وقت واحد. علاوة على ذلك، فإن كل مستقبل من هذه المستقبلات حساس فقط لزاوية استقطاب معينة وطول موجي معين للضوء. يساعد هذا الإدراك البصري المتطور الفراشات في التغذية ووضع البيض (Kelber et al., 2001).

أرض غير مألوفة

يمكنك التعمق إلى ما لا نهاية في ميزات التشكل والكيمياء الحيوية لعين الحشرة وما زلت تجد صعوبة في الإجابة على مثل هذا السؤال البسيط والمعقد في نفس الوقت بشكل لا يصدق: كيف ترى الحشرات؟

من الصعب على الإنسان حتى أن يتخيل الصور التي تنشأ في دماغ الحشرات. ولكن تجدر الإشارة إلى أنها تحظى بشعبية كبيرة اليوم نظرية الفسيفساء للرؤية، التي بموجبها ترى الحشرة الصورة على شكل نوع من أحجية الأشكال السداسية، لا تعكس بدقة جوهر المشكلة. والحقيقة هي أنه على الرغم من أن كل جانب يلتقط صورة منفصلة، وهي ليست سوى جزء من الصورة بأكملها، إلا أن هذه الصور يمكن أن تتداخل مع الصور التي تم الحصول عليها من الجوانب المجاورة. لذلك، فإن صورة العالم التي تم الحصول عليها باستخدام عين اليعسوب الضخمة، والتي تتكون من آلاف الكاميرات المصغرة، وعين النملة "المتواضعة" ذات الأوجه الستة، ستكون مختلفة تمامًا.

بخصوص حدة البصر (دقة، أي القدرة على التمييز بين درجة تقطيع الأشياء)، ثم في الحشرات يتم تحديدها من خلال عدد الأوجه لكل وحدة من السطح المحدب للعين، أي كثافتها الزاوية. على عكس البشر، لا تحتوي عيون الحشرات على تكيف: لا يتغير نصف قطر انحناء العدسة الموصلة للضوء. وبهذا المعنى، يمكن تسمية الحشرات بقصر النظر: فهي ترى المزيد من التفاصيل كلما اقتربت من موضوع المراقبة.

وفي الوقت نفسه، فإن الحشرات ذات العيون المركبة قادرة على التمييز بين الأجسام المتحركة بسرعة كبيرة، وهو ما يفسره التباين العالي والقصور الذاتي المنخفض لنظامها البصري. فمثلاً يستطيع الإنسان أن يميز حوالي عشرين ومضة في الثانية فقط، أما النحلة فتستطيع أن تميز عشر مرات أكثر! تعتبر هذه الخاصية حيوية للحشرات سريعة الطيران التي تحتاج إلى اتخاذ قرارات أثناء الطيران.

يمكن أيضًا أن تكون الصور الملونة التي تراها الحشرات أكثر تعقيدًا وغير عادية من صورنا. على سبيل المثال، الزهرة التي تبدو بيضاء لنا غالبًا ما تخفي في بتلاتها العديد من الأصباغ التي يمكن أن تعكس الضوء فوق البنفسجي. وفي عيون الحشرات الملقحة تتألق بالعديد من الظلال الملونة - مؤشرات على طريق الرحيق.

يُعتقد أن الحشرات "لا ترى" اللون الأحمر، وهو نادر جدًا في الطبيعة في "شكله النقي" (باستثناء النباتات الاستوائية التي يتم تلقيحها بواسطة الطيور الطنانة). ومع ذلك، فإن الزهور ذات اللون الأحمر غالبًا ما تحتوي على أصباغ أخرى يمكن أن تعكس الإشعاع قصير الموجة. وإذا كنت تعتبر أن العديد من الحشرات قادرة على إدراك ليس ثلاثة ألوان أساسية، مثل الشخص، ولكن أكثر (أحيانًا ما يصل إلى خمسة!) ، فيجب أن تكون صورها المرئية مجرد روعة من الألوان.

وأخيرًا، فإن "الحاسة السادسة" لدى الحشرات هي الرؤية الاستقطابية. وبمساعدتها، تتمكن الحشرات من رؤية العالم من حولها، وهو ما لا يستطيع البشر الحصول عليه إلا بفكرة خافتة عن استخدام مرشحات بصرية خاصة. وبهذه الطريقة، تستطيع الحشرات تحديد موقع الشمس بدقة في سماء ملبدة بالغيوم واستخدام الضوء المستقطب باعتباره "البوصلة السماوية". وتكتشف الحشرات المائية أثناء الطيران المسطحات المائية عن طريق الضوء المستقطب جزئيًا المنعكس من سطح الماء (شويند، 1991). ولكن ما هو نوع الصور التي "يرونها" من المستحيل على أي شخص أن يتخيلها ...

يمكن لأي شخص مهتم لسبب أو لآخر برؤية الحشرات أن يتساءل: لماذا لم تطور عين حجرة تشبه العين البشرية مع حدقة وعدسة وأجهزة أخرى؟

تمت الإجابة على هذا السؤال بشكل شامل من قبل عالم الفيزياء النظرية الأمريكي البارز، الحائز على جائزة نوبل ر. فاينمان: “هناك عدة أسباب مثيرة للاهتمام تمنع ذلك. بادئ ذي بدء، النحلة صغيرة جدًا: إذا كانت لديها عين مشابهة لعيننا، ولكنها أصغر في المقابل، فسيكون حجم حدقة العين في حدود 30 ميكرون، وبالتالي سيكون الحيود كبيرًا جدًا لدرجة أن النحلة لا تزال غير قادر على رؤية أفضل. العين الصغيرة جدًا ليست شيئًا جيدًا. إذا كانت هذه العين ذات حجم كافٍ، فلا ينبغي أن تكون أصغر من رأس النحلة نفسها. تكمن قيمة العين المركبة في حقيقة أنها لا تشغل أي مساحة تقريبًا - بل مجرد طبقة رقيقة على سطح الرأس. لذلك قبل أن تقدم النصيحة للنحلة، لا تنس أن لها مشاكلها الخاصة!

لذلك، ليس من المستغرب أن تختار الحشرات طريقها في الإدراك البصري للعالم. نعم، ولكي نراها من وجهة نظر الحشرات، كان علينا أن نكتسب عيونًا مركبة ضخمة حتى نحافظ على حدة البصر المعتادة لدينا. من غير المرجح أن يكون مثل هذا الاستحواذ مفيدًا لنا من وجهة نظر تطورية. كل لوحده!

الأدب
1. Tyshchenko V. P. فسيولوجيا الحشرات. م.: الثانوية العامة، 1986، 304 ص.
2. Klowden M. J. الأنظمة الفسيولوجية في الحشرات. مطبعة الأكاديمية، 2007. 688 ص.
3. الأمة J. L. فسيولوجيا الحشرات والكيمياء الحيوية. الطبعة الثانية: مطبعة اتفاقية حقوق الطفل، 2008.

عند التكبير العالي، تبدو عين الحشرة وكأنها شبكة دقيقة.

وذلك لأن عين الحشرة تتكون من العديد من "العيون" الصغيرة التي تسمى الأوجه. تسمى عيون الحشرات الأوجه. العين الصغيرة تسمى أوماتيديوم. يتميز الأوماتيديوم بمظهر مخروطي طويل وضيق، قاعدته عبارة عن عدسة على شكل مسدس. ومن هنا جاء اسم العين المركبة: وجهمترجمة من الوسائل الفرنسية "حافة".

تشكل خصلة من الأوماتيديا عين الحشرة المعقدة والمستديرة.

تتمتع كل أوماتيديا بمجال رؤية محدود للغاية: تبلغ الزاوية البصرية للأوماتيديا في الجزء المركزي من العين حوالي درجة واحدة فقط، وعند حواف العين - تصل إلى 3 درجات. "لا يرى" الأوماتيديوم سوى ذلك الجزء الصغير من الجسم الموجود أمام عينيه والذي "يستهدفه"، أي حيث يتم توجيه امتداد محوره. ولكن بما أن الأوماتيديا متجاورة بشكل وثيق مع بعضها البعض، ومحاورها في العين المستديرة تتباعد بطريقة شعاعية، فإن العين المركبة بأكملها تغطي الجسم ككل. علاوة على ذلك، فإن صورة الكائن تبين أنها فسيفساء، أي تتكون من قطع منفصلة.

ويختلف عدد الأوماتيديا في العين من حشرة إلى أخرى. لدى النملة العاملة حوالي 100 أوماتيديا فقط في عينها، والذبابة المنزلية لديها حوالي 4000، والنحلة العاملة لديها 5000، والفراشات لديها ما يصل إلى 17000، واليعسوب لديها ما يصل إلى 30000! وبالتالي، فإن رؤية النملة متواضعة للغاية، في حين أن عيون اليعسوب الضخمة - نصفي الكرة قزحي الألوان - توفر أقصى مجال للرؤية.

نظرًا لحقيقة أن المحاور البصرية للأوماتيديا تتباعد بزوايا تتراوح بين 1-6 درجات، فإن وضوح صورة الحشرات ليس مرتفعًا جدًا: فهي لا تميز التفاصيل الصغيرة. بالإضافة إلى ذلك، فإن معظم الحشرات تعاني من قصر النظر: فهي ترى الأشياء المحيطة بها على مسافة بضعة أمتار فقط. لكن العيون المركبة ممتازة في تمييز الضوء الوامض بتردد يصل إلى 250-300 هرتز (بالنسبة للبشر، يبلغ التردد المحدد حوالي 50 هرتز). عيون الحشرات قادرة على تحديد شدة تدفق الضوء (السطوع)، وبالإضافة إلى ذلك، لديهم قدرة فريدة: يمكنهم تحديد مستوى استقطاب الضوء. تساعدهم هذه القدرة على التنقل عندما لا تكون الشمس مرئية في السماء.

الحشرات تميز الألوان، ولكن ليس كما نفعل على الإطلاق. على سبيل المثال، النحل "لا يعرف" اللون الأحمر ولا يميزه عن الأسود، لكنه يرى الأشعة فوق البنفسجية غير المرئية بالنسبة لنا، والتي تقع في الطرف الآخر من الطيف. كما يتم اكتشاف الأشعة فوق البنفسجية بواسطة بعض الفراشات والنمل والحشرات الأخرى. بالمناسبة، إن عمى الحشرات الملقحة للون الأحمر هو الذي يفسر الحقيقة الغريبة المتمثلة في عدم وجود نباتات ذات أزهار قرمزية بين نباتاتنا البرية.

الضوء القادم من الشمس غير مستقطب، أي أن فوتوناتها لها اتجاه عشوائي. لكن عند مروره عبر الغلاف الجوي، يستقطب الضوء نتيجة تشتته بواسطة جزيئات الهواء، ويكون مستوى استقطابه موجهًا دائمًا نحو الشمس

بالمناسبة...

بالإضافة إلى العيون المركبة، لدى الحشرات ثلاث عيون بسيطة أخرى يبلغ قطرها 0.03-0.5 ملم، والتي تقع على شكل مثلث على السطح الأمامي الجداري للرأس. هذه العيون ليست مناسبة لتمييز الأشياء وهي ضرورية لغرض مختلف تمامًا. فهي تقيس متوسط مستوى الإضاءة، والذي يستخدم كنقطة مرجعية ("إشارة الصفر") عند معالجة الإشارات المرئية. إذا قمت بإغلاق عيون الحشرة هذه، فإنها تحتفظ بالقدرة على توجيه نفسها مكانيًا، ولكنها لن تكون قادرة على الطيران إلا في ضوء أكثر سطوعًا من المعتاد. والسبب في ذلك هو أن العيون المختومة تأخذ المجال الأسود باعتباره "المستوى المتوسط" وبالتالي تعطي العيون المركبة نطاقًا أوسع من الإضاءة، وهذا بالتالي يقلل من حساسيتها.

أي شخص حاول ضرب ذبابة يدرك جيدًا أن هذه ليست مهمة سهلة. يعزو البعض الأخطاء إلى رد الفعل الفوري للذباب، والبعض الآخر إلى حدة البصر والرؤية البانورامية. ويجب أن يقال أن كلاهما على حق بنفس القدر. الذبابة تطير بسرعة كبيرة وتتحرك على الفور، ولهذا السبب يصعب الإمساك بها.

لكن السبب الرئيسي يكمن بالتحديد في رؤية هذه الحشرة، وكذلك في بنية وعدد عيونها.

توجد الأعضاء البصرية للذبابة الشائعة على جانبي الرأس، حيث من الصعب جدًا عدم ملاحظة عيون الحشرة المنتفخة الضخمة. عين هذه الحشرة لها بنية معقدة وتسمى ذات الأوجه (من الكلمة الفرنسية fasette - وجه). والحقيقة هي أن جهاز الرؤية يتكون من وحدات ذات 6 جوانب فقط - جوانب تشبه قرص العسل ظاهريًا (كل جزء من عين الذبابة مرئي بوضوح تحت المجهر). وتسمى هذه الوحدات ommatidia.

يوجد حوالي 4 آلاف من هذه الجوانب في عين الذبابة، لكن هذا ليس الحد الأقصى: فالعديد من الحشرات الأخرى لديها أكثر من ذلك بكثير. على سبيل المثال، لدى النحل 5000 وجه، وبعض الفراشات يصل إلى 17000 وجه، وفي اليعسوب عدد أوماتيديا يقترب من 30000 وجه.

كل جانب من هذه الجوانب الأربعة آلاف قادر على رؤية جزء صغير فقط من الصورة بأكملها، ويقوم دماغ الحشرة بتجميع هذا "اللغز" في الصورة الكاملة الشاملة.

تم العثور على أقدم عينة من الذبابة، عمرها حوالي 145 مليون سنة، في الصين.

كيف يرى الذباب

في المتوسط، تتجاوز حدة البصر لدى الذباب القدرات البشرية بمقدار 3 مرات.

نظرًا لأن عيون الذباب كبيرة ومحدبة وتتكون من أوماتيديا (جوانب) على جميع جوانب سطح العين، فإن هذا الهيكل يسمح للحشرة بهدوء بالرؤية في جميع الاتجاهات في وقت واحد - إلى الجانبين وإلى الأعلى وإلى الأمام والخلف. تساعد هذه الرؤية البانورامية (وتسمى أيضًا الرؤية الشاملة) الذبابة على ملاحظة الخطر في الوقت المناسب والتراجع فورًا، ولهذا السبب يصعب ضربها. علاوة على ذلك، فإن الذبابة ليست قادرة جسديًا على الرؤية في اتجاهات مختلفة في وقت واحد فحسب، ولكنها أيضًا تنظر حولها بشكل هادف، كما لو كانت تشاهد المساحة بأكملها من حولها في نفس الوقت.

إنها الأوماتيديا العديدة التي تسمح للذبابة بمتابعة الأجسام الوامضة والمتحركة بسرعة كبيرة دون فقدان وضوح الصورة. نسبيًا، إذا كانت رؤية الإنسان قادرة على التقاط 16 إطارًا في الثانية، فإن الذبابة قادرة على التقاط 250 -300 إطارًا في الثانية. هذه الجودة ضرورية للذباب ليس فقط لالتقاط الحركات من الجانب، ولكن أيضًا للتوجيه والرؤية عالية الجودة أثناء الطيران السريع.

أما بالنسبة إلى لون الأشياء المحيطة، فإن الذباب لا يرى الألوان الأساسية فحسب، بل يرى أيضًا أدق ظلالها، بما في ذلك الأشعة فوق البنفسجية، والتي لم تُمنح الطبيعة للإنسان أن يراها. اتضح أن الذبابة ترى العالم من حولها أكثر وردية من الناس. بالمناسبة، ترى هذه الحشرات أيضًا حجم الأشياء.

عدد العيون

كما ذكرنا سابقًا، توجد عينان مركبتان كبيرتان على جانبي رأس الذبابة. في الإناث، يتم توسيع موقع أجهزة الرؤية إلى حد ما (مفصولة بجبهة واسعة)، في حين أن عيون الذكور أقرب قليلا إلى بعضها البعض.

لكن على خط الوسط للجبهة، خلف العيون المركبة، هناك 3 عيون عادية (غير مركبة) لمزيد من الرؤية. في أغلب الأحيان، يتم تشغيلها عندما يكون من الضروري فحص كائن ما عن قرب، لأن العين المعقدة ذات الرؤية المثالية ليست ضرورية في هذه الحالة. اتضح أن الذباب لديه 5 عيون في المجموع.

من وجهة نظر الحشرة

ولكن كيف يرى ممثلو الفئة الأكبر والأكثر تنوعًا من الكائنات الحية على الأرض - الحشرات - العالم؟ جنبا إلى جنب مع الفقاريات، التي تكون أقل شأنا منها فقط في حجم الجسم، فإن الحشرات هي التي تتمتع بالرؤية الأكثر تقدما والأنظمة البصرية المعقدة للعين. على الرغم من أن العيون المركبة للحشرات لا تحتوي على أماكن إقامة، ونتيجة لذلك يمكن أن يطلق عليها قصر النظر، إلا أنها، على عكس البشر، قادرة على التمييز بين الأجسام المتحركة سريعة للغاية. وبفضل البنية المنظمة لمستقبلاتها الضوئية، يتمتع الكثير منها بـ "الحاسة السادسة" الحقيقية - رؤية الاستقطاب

الرؤية تتلاشى - قوتي،
اثنين من الرماح الماسية غير المرئية ...
أ. تاركوفسكي (1983)

من الصعب المبالغة في تقدير الأهمية سفيتا(الإشعاع الكهرومغناطيسي في الطيف المرئي) لجميع سكان كوكبنا. يعمل ضوء الشمس كمصدر رئيسي للطاقة لنباتات التمثيل الضوئي والبكتيريا، وبشكل غير مباشر من خلالها لجميع الكائنات الحية في المحيط الحيوي للأرض. يؤثر الضوء بشكل مباشر على مجموعة كاملة من عمليات الحياة الحيوانية، من التكاثر إلى تغيرات اللون الموسمية. وبالطبع، بفضل إدراك الضوء من خلال أجهزة حسية خاصة، تتلقى الحيوانات جزءًا كبيرًا (وغالبًا معظمها) من المعلومات حول العالم من حولها، ويمكنها التمييز بين شكل ولون الأشياء، وتحديد حركة الأجسام ، توجيه أنفسهم في الفضاء، الخ.

فسيفساء من السداسيات

وتشبه العين المركبة سلة زهرة دوار الشمس الناضجة: فهي تتكون من مجموعة من الأوجه ( أوماتيديا) – أجهزة استقبال إشعاع ضوئي مستقلة تحتوي على كل ما هو ضروري لتنظيم تدفق الضوء وتكوين الصورة. يختلف عدد الجوانب بشكل كبير: من عدة جوانب ذات شعيرات (أمر Thysanura) إلى 30 ألفًا في اليعسوب (أمر Aeshna). من المثير للدهشة أن عدد الأوماتيديا يمكن أن يختلف حتى داخل مجموعة نظامية واحدة: على سبيل المثال، عدد من أنواع الخنافس الأرضية التي تعيش في المساحات المفتوحة لديها عيون مركبة متطورة مع عدد كبير من الأوماتيديا، في حين أن الخنافس الأرضية التي تعيش تحت الحجارة قد انخفض عددها بشكل كبير العيون وتتكون من عدد قليل من الأوماتيديا.

تتميز الأنواع التي تعيش أسلوب حياة الشفق أو الليلي بعيون من نوع مختلف - منظاري. تحتوي هذه العيون على عدد من التكيفات مع عدم كفاية تدفق الضوء، على سبيل المثال، Rhabdomeres كبيرة جدا. بالإضافة إلى ذلك، في أوماتيديا مثل هذه العيون، يمكن للأصباغ العازلة للضوء أن تهاجر بحرية داخل الخلايا، بحيث يمكن أن يصل تدفق الضوء إلى الخلايا البصرية في أوماتيديا المجاورة. هذه الظاهرة تكمن وراء ما يسمى التكيف المظلمعيون الحشرات - زيادة حساسية العين في الإضاءة المنخفضة.

من الواحدة إلى الثلاثين

بولارويد الأوجه

عادة، يتم إدراك ألوان مختلفة من خلال مناطق مختلفة من العين المركبة للحشرة. يمكن أن تختلف هذه الحساسية "المحلية" حتى داخل نفس النوع، اعتمادًا على جنس الفرد. في كثير من الأحيان، قد تحتوي نفس الأوماتيديا على مستقبلات ألوان مختلفة. لذلك، في الفراشات من الجنس بابيليواثنان من المستقبلات الضوئية لهما صبغة بصرية بحد أقصى امتصاص 360 أو 400 أو 460 نانومتر، واثنين آخرين - 520 نانومتر، والباقي - من 520 إلى 600 نانومتر (كيلبر وآخرون., 2001).

لكن هذا ليس كل ما تستطيع عين الحشرة فعله. كما ذكر أعلاه، في الخلايا العصبية البصرية، يتم طي الغشاء المستقبل للضوء للميكروفيلي المخططة في أنبوب ذو مقطع عرضي دائري أو سداسي. ونتيجة لذلك، فإن بعض جزيئات رودوبسين لا تشارك في امتصاص الضوء بسبب حقيقة أن لحظات ثنائي القطب لهذه الجزيئات تقع بالتوازي مع مسار شعاع الضوء (Govardovsky and Gribakin، 1975). ونتيجة لذلك، يكتسب microvillus ثنائية اللون– القدرة على امتصاص الضوء بشكل مختلف حسب استقطابه. يتم تسهيل الزيادة في حساسية الاستقطاب للأوماتيديوم أيضًا من خلال حقيقة أن جزيئات الصبغة البصرية لا تتوضع بشكل عشوائي في الغشاء، كما هو الحال في البشر، ولكنها موجهة في اتجاه واحد، علاوة على ذلك، فهي ثابتة بشكل صارم.

في العديد من الحشرات الأخرى، وخاصة Lepidoptera، يتم الحفاظ على rhabdoms المستقيمة المعتادة في جميع Ommatidia، وبالتالي فإن مستقبلاتها الضوئية قادرة على إدراك كل من الضوء "الملون" والمستقطب في وقت واحد. علاوة على ذلك، فإن كل مستقبل من هذه المستقبلات حساس فقط لزاوية استقطاب معينة وطول موجي معين للضوء. يساعد هذا الإدراك البصري المعقد الفراشات على التغذية ووضع البيض (Kelber وآخرون., 2001).