Начальная школа

Русский язык

Литература

История России

Всемирная история

Биология

География

Математика

СКОЛЬКО ГЛАЗ У ДЕЛЬФИНА?

 

Хочу сразу честно предупредить: вопрос, вынесенный в название этой главы, не вполне серьезный. Глаз у дельфина (если он не инвалид) конечно же два, как и у всех остальных позвоночных животных. Но все же некоторый смысл в таком вопросе есть. Какой именно — станет ясно, если вы наберетесь терпения дочитать эту главу до конца. Речь в ней пойдет об особенностях зрения дельфинов.

Эти животные обладают неплохим зрением, но в этом нет ничего удивительного. У многих других животных зрение не хуже, а у некоторых гораздо лучше. Удивительно другое: дельфин ухитряется одинаково хорошо видеть и в воздухе, и в воде.

Написанное выше о том, что дельфины всю жизнь проводят в воде, совершенно справедливо, но не вполне точно. Обитают они, конечно же, в воде, но — немало важное уточнение — не во всей ее толще, а вблизи поверхности, вблизи границы раздела водной и воздушной среды. А причина этого в том, что дельфины дышат воз духом и обязательно должны периодически подниматься к поверхности для вдоха. Из-за этого они не могут полностью порвать с воздушной средой, совсем переселиться в океанские глубины. Хоть дельфины без труда ныряют на десятки метров, а при необходимости могут и на сотни, все равно ведь это сущий пустяк по сравнению с многокилометровой океанской толщей.

А раз уж все равно дельфину приходится регулярно всплывать на поверхность, то совсем не вредно использовать эти моменты, чтобы осмотреться. Надводный зри тельный мир прекрасная дополнительная возможность для ориентировки. Контур береговой линии, стая морских птиц, облака на небе и многое другое — все это важные и полезные ориентиры, которые могут подсказать дельфину, где ему удастся найти пищу, откуда грозит опасность. К тому же прозрачность воздуха неизмеримо выше прозрачности воды, поэтому в воздухе можно ив деть то, что расположено на расстоянии многих километров (были бы предметы достаточно крупны), а в воде лишь на расстоянии нескольких или десятков метров. Одним словом, хотя дельфин и водное животное, но способность хорошо видеть в воздухе ему нужна. Ну а уж подводное-то зрение тем более необходимо: ведь большую часть времени дельфин все же проводит именно под водой. И свою основную добычу - рыб, и соседей по стае, и все предметы подводного ландшафта он видит сквозь толщу воды.

И действительно, многочисленные наблюдения показывают, что дельфин активно пользуется зрением, рассматривая предметы и под водой, и над водой. Сейчас, когда дельфины находятся под контролем человека во многих океанариумах, убедиться в этом очень легко.

Стоит человеку подойти к подводному окну бассейна, к краю бассейна, в котором плавает дельфин, и сейчас же один (если он повернулся боком) или пара любопытных глаз уставятся на нового посетителя, а движения глаз подтвердят, что животное активно рассматривает гостя. Дельфин прекрасно различает знакомых и незнакомых людей и соответственно с этим ведет себя совершенно по-разному. Он во всех деталях видит жесты людей, и эти жесты служат важнейшими сигналами, которые определяют взаимоотношения животного с человеком. Это хорошо знают все дрессировщики, работающие с дельфинами: именно жесты служат им средством передачи разнообразных команд. А когда во время представления в зрелищном дельфинарии животное высоко выпрыгивает из воды и в прыжке достает до мячика или обруча, подвешенного на высоте нескольких метров над водой, он ведь должен перед прыжком точно засечь положение мишени, и сделать это дельфин может только с помощью свое го зрения, причем зрения воздушного.

Что же касается подводного зрения, то и оно, как показывают многочисленные наблюдения, активно используется дельфинами. Во время охоты, при спасении от опасности, при общении друг с другом для него важно именно подводное зрение. Форма, размеры и окраска рыбы, увиденной дельфином, подскажут ему, годится ли эта рыба в пищу. Поза и характер движений партнера по стае являются для этих животных важнейшими сигнала ми, по которым устанавливается иерархия в стае, координируются совместные действия. Все эти и многие другие зрительные сигналы прекрасно различаются дельфинами. Хоть дельфин часто поднимается к поверхности воды, все же он водное животное и водным зрением пользуется вовсю. Конечно, зрение — не единственный способ его ориентировки под водой. Немного погодя мы увидим, что, когда нужно, он может прекрасно обойтись и без помощи зрения, например, в темноте или в непрозрачной воде. Если же необходимости нет, дельфин использует свои зрительные способности охотно и с большой пользой.

Но это наблюдения, так сказать, ориентировочные, которые не дают точных данных о том, насколько хорошее (или не очень хорошее) зрение дельфина. А можно ли точно измерить его остроту зрения, подобно тому как делают эту процедуру пациенту в кабинете глазного врача? Проведя такие измерения, можно было бы сравнить остроту зрения у дельфина и у других животных и оценить, лучше или хуже он видит, чем, например, кошка или обезьяна.

Безусловно, сделать это можно, хотя такая процедура требует несколько большего времени и хлопот, чем для пациента-человека. Как измеряют остроту зрения у чело века -это, наверное, знает каждый по собственному опыту. Показывают изображения каких-нибудь фигур разного размера. Проще всего для этого использовать буквы родного языка: если пациент хорошо различает букву, то он может ее правильно назвать, а если не смог значит, не различает. Показывают строчки с буквами разного размера: чем меньший размер букв удается рассмотреть и правильно назвать, тем острее зрение. Но с дельфином все так просто не получится. Как мы уже знаем, человек и дельфин объясняться пока не умеют, так что нельзя показать животному букву и спросить: «Какая?» — или показать картинку и спросить: «Что видишь?» (то есть спросить, конечно, можно, а вот получить внятный ответ...). Так что приходится использовать более сложную процедуру. Выглядит она примерно так.

Дельфину показывают две картинки -похожие, но чем-то различающиеся. Обычно используются картинки достаточно простые, чтобы размер деталей, из которых составлено изображение, можно было точно измерить (это очень важно). Например, это могут быть квадрат и треугольник или круг одинаковой площади, или еще какие-нибудь пары относительно простых изображений. Но лучше всего использовать картинки в виде решеток из чередующихся черных и белых полос, но немного различающихся, например, одну с вертикальными, а другую — с горизонтальными полосами. Важное условие: во всех остальных отношениях, кроме направления полосок, обе картинки должны быть совершенно одинаковыми -по форме, размеру, цвету, яркости, ширине полосок. Под каждой из картинок — опущенная в воду педаль. Путем тренировки дельфина обучают нажимать на ту педаль, которая расположена, например, под картинкой с вертикальными полосами. Разумеется, показывая картинки по нескольку раз, их положение все время меняют в случайном порядке: может слева быть вертикальная решетка, а справа — горизонтальная, а может быть наоборот. Это необходимо, чтобы дельфин не приучился всегда нажимать только правую или только левую педаль, а принимал решение, ориентируясь именно по показанным картинкам.

Предположим, что дельфин хорошо усвоил урок и всегда нажимает ту педаль, которая расположена под картинкой с вертикальными полосками. А теперь начнем делать черные и белые полоски на картинках все более и более узкими. Сначала вроде бы это не дает никакого эффекта — животное по-прежнему безошибочно выполняет задачу. Это значит, что он по-прежнему уверенно различает оба изображения. Но вот мы сузили полоски еще немного — и дельфин начинает ошибаться. Он проявляет явные признаки недоумения, не сразу решает, какую из педалей нажать, и, посомневавшись, нажимает одну из педалей наугад — то правильно, то нет. Что это означает? Да то, что мы сделали полоски такими узкими, что дельфин уже не в состоянии их различать. Все полоски слились для него в сплошной серый фон. А раз так, то и сделать осмысленный выбор он не в состоянии. Мы ведь условились, что за исключением направления полосок обе картинки во всем остальном совершенно не различаются. Так что если полоски сливаются, то обе картинки кажутся дельфину совершенно одинаковыми. Поэтому он и не может понять, какую же педаль нужно нажать. Стало быть, та наименьшая ширина полосок, при которой дельфин начал нажимать педали наугад и делать ошибки, — это и есть острота его зрения.

Именно так и проводились измерения остроты зрения этих животных. Причем обратите внимание: картинки-решетки ведь можно или развешивать над поверхностью воды, а можно и опускать под воду. Таким образом можно измерить остроту и надводного, и подводного зрения. Что же получилось в этих экспериментах?

Прежде чем привести конкретные результаты, уточним только, в каких единицах измеряется острота зрения. Ширину полосок решетки, которую показывали дельфинам, можно было бы измерить в сантиметрах, дюймах или миллиметрах, но для оценки остроты зрения это неподходящие мерки. Ведь способность рассмотреть предмет зависит не только от его размера, но и от рас стояния, на котором предмет находится. Предмет размером один сантиметр на расстоянии одного метра видится таким же, как предмет размером десять сантиметров на расстоянии десяти метров или 10-метровый на рас стоянии одного километра. Поэтому, чтобы охарактеризовать остроту зрения, используют угловые размеры различаемых предметов. Угол между двумя линиями от центра глаза к краям предмета — это и есть угловой раз мер предмета, он одинаков для маленького, но близко расположенного предмета и для большого, но удаленно го. Так что остроту зрения и человека, и всех животных выражают в угловых единицах измерения градусах, минутах и секундах. Так же будем поступать и мы, говоря об остроте зрения у дельфинов и других животных: ее мерой будет та наименьшая угловая (т. е. выраженная в градусах и минутах) ширина черных и белых полосок, при которой эти полоски еще не сливаются в сплошной фон и можно различить направление этих полосок. Обратите внимание: чем меньше эта величина, тем лучше острота зрения.

Итак, вот результат измерения остроты зрения у дельфина-афалины (наиболее распространенного вида для лабораторных исследований). Под водой острота зрения у дельфина оказалась равной примерно 10 угловым минутам, то есть он переставал различать направление полосок решетки, когда ширина этих полосок была меньше 9 минут. Для наглядности поясню: это ширина полоски около 2,5 миллиметра, если рассматривать ее с расстояния 1 метр. Совсем неплохо! А в воздухе? В воздухе ост рота зрения оказалась около 12 минут. Значит, в воздухе дельфин все же видит похуже? Вовсе нет. Во-первых, разница между остротой зрения в воздухе и в воде не так уж велика. А во-вторых, когда мы получше познакомимся с особенностями зрения в воде и в воздухе, станет ясно, что даже при идеальном зрении небольшая разница неизбежна. Так что можно уверенно сказать, что глаз дельфина практически одинаково хорошо работает и в воде, и в воздухе.

Конечно, универсальное зрение, пригодное для использования и под водой, и над водой, дельфину очень полезно — тут вопроса нет. Вопрос в том, как ему это удается. Ведь зрение под водой и в воздухе требует совершенно разной конструкции глаза.

Каждый, кому доводилось нырять, прекрасно знает; если не надеть специальную маску для подводного плавания, то под водой мы видим очень плохо. Все предметы сильно размыты, как будто не в фокусе; только поднеся предмет к самому лицу, можно его рассмотреть и узнать.

Причина этого очень проста. Чтобы предмет был хорошо виден, оптическая система глаза, как объектив фотоаппарата, должна создать изображение этого предмета на задней стенке глаза, где расположена светочувствительная сетчатая оболочка — сетчатка. Как и объектив фотоаппарата, оптическая система глаза состоит из не скольких частей, играющих роль отдельных линз, и самая первая из этих линз — это наружная выпуклая поверхность прозрачной роговицы нашего глаза. Именно на этой поверхности лучи света впервые переходят из воздуха в среду, как говорят оптики, с большей оптической плотностью. А при переходе из среды с одной оптической плотностью в среду с другой плотностью как раз и происходит преломление света на выпуклой поверхности, необходимое для получения сфокусированного изображения. Находящийся позади роговицы чечевицеобразный хрусталик хоть и очень похож на настоящую линзу-объектив, но он лишь дополняет действие основной роговичной линзы.

Но степень преломления света на границе, разделяю щей две среды, зависит от того, насколько различаются оптические плотности этих сред. У воздуха оптическая плотность намного меньше, чем у жидкости, заполняю щей глаз; поэтому линза на границе «воздух — внутри глазная жидкость» действует очень эффективно. Совсем другое дело, если перед глазом находится не воздух, а во да. У воды оптическая плотность практически такая же, как у внутриглазной жидкости, то есть фактически никакой границы раздела для световых лучей здесь нет, и они переходят из воды через тонкую роговицу во внутриглазную среду, попросту «не замечая» поверхности глаза, а значит, и не меняя своего направления. Так что линза на поверхности глаза перестает действовать — важнейший элемент оптической системы глаза выпадает. А одного только хрусталика недостаточно, чтобы как следует сфокусировать изображение на сетчатке. Он хотя и выпуклый, как настоящая линза, но находится-то не в воздухе, а в жидкости, оптическая плотность которой лишь не намного меньше, чем плотность ткани хрусталика. Поэтому преломляющая способность хрусталика не так уж велика, и без роговичной линзы он с задачей не справляется. Неудивительно, что при таком грубом нарушении оптики глаза изображение становится нерезким, размытым. Поэтому мы так плохо видим под водой.

Ну а как же водные животные, например рыбы, — они тоже не могут хорошо видеть под водой, как и мы? Нет, у них-то проблемы отсутствуют. Природа позаботилась о том, чтобы они все видели как следует. Для этого понадобилось всего лишь сделать намного более толстым и выпуклым хрусталик: у рыб он имеет вид не относительно тонкой линзы, как у нас, а сильно выпуклого шарика. Преломляющая способность такой сильно выпуклой линзы даже в жидкости достаточна, чтобы получить хорошее изображение на сетчатке и при отсутствии дополнительного преломления света на роговице. Но зато животное с такими глазами не сможет хорошо видеть в воздухе: тут к преломляющей способности хрусталика добавится дополнительное преломление на выпуклой поверхности роговицы. Теперь уже преломляющая способность оптики глаза окажется чрезмерной, и хорошего изображения на сетчатке опять не получится.

Выходит, что если глаз хорошо приспособлен для зрения в воздухе, то он не может и не должен так же точно видеть под водой, а если глаз хорошо видит под водой, то плохо видит в воздухе. Вроде бы так и должно быть: вода и воздух — среды с довольно-таки разными оптическими свойствами, стало быть, и требования к оптике глаза они предъявляют совершенно разные. Либо одно, либо другое. Такой вывод вполне логичен и соответствует основным законам оптики.

У дельфинов хрусталик глаза сильно выпуклый этим он напоминает хрусталик рыб. Значит, его глаз приспособлен для подводного зрения. Действительно, рас четы показывают, что под водой, то есть при отсутствии преломления света на роговице, хрусталик глаза дельфина обеспечивает как раз такое преломление света, которое необходимо для получения хорошо сфокусированного изображения на сетчатке. А что же получается в воздухе? Для специалистов-оптиков не составило труда подсчитать, как должно измениться зрение дельфина, когда в воздухе добавляется эффект роговичной линзы. При той кривизне, которую имеет центральная часть роговицы дельфина, глаз должен быть близорук на 20—25 диоптрий! Тот, кто сам страдает близорукостью и носит очки, может себе представить, что это такое. Даже при близорукости в 3—5 диоптрий очень трудно обходиться в повседневной жизни без очков, а в 10 диоптрий — это уже очень серьезная болезнь. Но близорукость в 25 диоптрий, да еще без очков (а никто и никогда еще не видел дельфина в очках) — это практически полная потеря возможности различать какие-либо предметы.

Но дельфины, видимо, ничего не знают ни о нашем выводе, ни о результатах наших вычислений, поскольку ухитряются прекрасно видеть и в воздухе, и под водой. Как же это им удается, уж не вопреки ли законам оптики? Нет, конечно. Законы оптики, как и другие законы природы, дельфины не отменили. Просто они умело их используют.

Вспомним, как мы сами поступаем, когда ныряем под воду и при этом мечтаем увидеть ясно подводный мир. Очень просто: для этого мы надеваем нехитрое приспособление — маску для ныряния, и наши глаза немедленно приобретают способность четко видеть. Но у маски для ныряния есть еще одно замечательное свойство, к которому те, кто ею пользуется, привыкли и обычно не обращают на него внимания: позволяя хорошо видеть в воде, маска не лишает нас и способности отчетливо видеть в воздухе! Когда пловец выныривает и поднимает голову над водой, ему совсем не нужно снимать маску, чтобы осмотреться вокруг. С маской мы одинаково хорошо видим и в воздухе, и под водой.

Чтобы понять, почему это возможно, разберемся в том, как действует маска ныряльщика. Исправляет наше зрение, конечно, не сама маска — кусок резины и плоское стеклышко. Все дело в том пузыре воздуха, который остается под маской, между водой и нашими глазами, точнее, в форме этого пузыря. Одна сторона воздушного пузыря та, которая обращена к выпуклой роговице глаза, — искривленная, а другая — та, которая ограничивается стеклом маски, — плоская. В этой плоской стороне воздушного пузыря весь секрет. Если глаз вместе с маской находится в воздухе, то лучи света попадают в глаз точно так же, как если бы никакой маски перед глазами не было: перед маской воздух и под ней — тоже воздух, а тонкое стекло — не в счет. Поэтому глаз все видит совершенно нормально, как ему и положено видеть в воздухе. Если же человек в маске погружается под воду, то происходит следующее. Когда лучи света проникают из воды в воздух, находящийся под маской, то они не сходятся и не расходятся, потому что поверхность воздуха между водой и воздухом плоская, а не искривленная, она не может играть роль линзы. А уж потом из воздуха, находящегося под маской, лучи света попадают в глаз, преломляясь при этом именно так, как и должны преломляться для получения хорошего изображения. Если стекло маски сделать не плоским, а выпуклым или вогнутым, все будет испорчено: при переходе из воды в воздух световые лучи изменят свое направление, передняя стенка воздушного пузыря сработает как дополнительная и совершенно не нужная линза, и в результате хорошего изображения не получится.

Так вот в чем секрет универсального зрения, пригодного в равной мере для воздушной и для водной среды! Поверхность, перед которой вода сменяется воздухом и наоборот, должна быть не выпуклой, а плоской. Тогда ни при каких условиях эта поверхность не будет действовать как линза, а значит, вся остальная оптическая система глаза будет одинаково работать и в воздухе, и под водой. Этот же принцип, кстати, используется и при конструировании фотоаппаратов для подводной съемки. Если у кого-нибудь есть такой фотоаппарат, обратите внимание: передняя поверхность его объектива не выпуклая, а плоская. Поэтому такой фотоаппарат может использоваться и как обычный для фотографирования в воздухе, и для подводной съемки.

Между прочим, аналогия с маской для ныряния дает ответ и на вопрос о том, почему острота зрения под водой у дельфина хоть немного, но все же лучше, чем в воз духе. Дело в том, что из-за разницы оптических свойств воздуха и воды изображение, которое возникает на сетчатке глаза под водой, всегда немного больше, чем когда глаз находится в воздухе. Могу опять сослаться на опыт всех тех, кто когда-нибудь нырял с маской под воду: они прекрасно знают, что под водой все предметы кажутся немного увеличенными, как будто их рассматривают через увеличительное стекло. Это не какое-то особое свойство нашего глаза, это универсальный закон оптики; точно так же увеличенным окажется изображение на фотопленке подводного фотоаппарата. Можно даже совершенно точно сказать, во сколько раз изображение под водой будет больше (или, если хотите, наоборот — изображение в воздухе меньше): в 1,33 раза; эта величина выражает соотношение оптических плотностей воды и воздуха. Значит, и глаз, и фотоаппарат даже при идеальной фокусировке должны быть в состоянии рассмотреть под водой детали изображения в 1,33 раза более мелкие, чем в воздухе. Но ведь именно таким оказалось соотношение остроты зрения у дельфина в воде (9 угловых ми нут) и в воздухе (12 минут): 12:9= 1,33. Замечательное совпадение! Значит, на самом деле глаз дельфина приспособлен к зрению в воздухе ничуть не хуже, чем к зрению в воде, а небольшая разница в подводной и воздушной остроте зрения — лишь неизбежное следствие оптических законов.

Что ж, рецепт универсального водно-воздушного зрения ясен. Дело за малым: можно ли этим рецептом воспользоваться? Может ли природа создать глаз с плоской поверхностью, через которую проникает свет? Оказывается, это совсем не так просто.

Дело в том, что округлая, выпуклая форма глаза, в том: числе выпуклая форма его передней прозрачной оболочки — роговицы, — совсем не случайность, не прихоть природы. Она необходима для поддержания нужной формы глаза.

Глаз высокоорганизованного животного, в том числе человека или дельфина, — точнейшее оптическое устройство. Его размеры, взаимное положение разных частей его оптической системы должны удерживаться постоянными с очень высокой точностью. Только так можно получить четко сфокусированное изображение на светочувствительной сетчатой оболочке глаза. Стоит расстоянию между роговицей и хрусталиком, хрусталиком и сетчаткой измениться на доли миллиметра — и фокусировка будет нарушена, качество изображения пострадает.

Но как обеспечить постоянство формы и размеров глаза? Нельзя же вмонтировать внутрь глаза скелет. Те отделы глаза, через которые проходит свет, должны быть максимально прозрачными, а значит, не могут содержать не только твердых, но и просто достаточно плотных тканей. И действительно, содержимое полостей глаза по консистенции мало отличается от воды. Содержимое камеры между роговицей и хрусталиком (так называемой передней камеры) — это и есть жидкость, основу которой составляет вода. Между хрусталиком и сетчаткой находится, правда, не жидкость, а студенистая ткань, называемая стекловидным телом (стекловидное — отнюдь не потому, что прочное, как стекло, а потому, что прозрачное). Но это студенистое вещество все равно почти целиком состоит из воды, оно очень мягкое, не способное сохранять форму. Оболочки глаза также не жесткие, а эластичные, в особенности передняя оболочка — роговица, которая должна быть совершенно прозрачной. Так что ткани глаза совершенно не способны самостоятельно удерживать форму.

Правда, глаз спрятан в специальную полость черепа костную глазницу, которая неплохо защищает его не только от возможных повреждений, но и от грубых внешних воздействий, которые могли бы деформировать глаз. Но все равно это не решает проблему сохранения формы глаза полностью. Ведь и внутри глазницы он постоянно подвержен усилиям мышц, которые поворачивают глаз в разные стороны, толчкам кровотока, а передняя его часть и вовсе слабо защищена. Так что все равно природа должна была позаботиться о том, чтобы форма глаза каким-то способом строго поддерживалась, несмотря на то что глаз построен только из мягких, эластичных тканей.

И такой способ найден, простой и остроумный. Это принцип надутого воздушного шарика. Тонкая оболочка шарика мягка и бесформенна — но только до тех пор, пока шарик не надут. Стоит лишь создать внутри шарика небольшое избыточное давление, и тонкая оболочка, натянувшись, приобретает жесткость, а шарик — определенную форму и стойко ее удерживает. Можно изменить его форму, нажав на него пальцем, но как только палец убрали — шарик опять точно такой же, как и был.

Так же поддерживается и форма глаза. Внутри глаза создается избыточное давление -небольшое, но до статочное, чтобы его наружные оболочки натянулись и глаз приобрел упругость, способность строго сохранять свою форму и размеры. Правильное внутриглазное давление — очень важный показатель здоровья глаза, и если требуется более или менее серьезное обследование, врач-окулист обязательно измерит его специальным прибором.

Но какое отношение способ поддержания формы глаза имеет к проблеме универсального зрения дельфина?' Да самое прямое. Надутый шарик не может иметь плоских поверхностей. Пока его упругая оболочка не надута, можно растянуть ее в виде плоскости. Но как только с одной из сторон оболочки появится избыточное давление, она немедленно прогнется, станет выпуклой. Так же становится выпуклой и роговица глаза под влиянием внутриглазного давления, которое удерживает форму глаза. Так что выпуклая форма роговицы глаза — вовсе не случайность. Это неизбежное следствие того способа, которым поддерживается форма глаза.

Что же получается? С одной стороны, мы выяснили, чтобы глаз одинаково хорошо работал и в воде, и в воздухе—а именно так работает глаз дельфина, — его роговица должна быть плоской. С другой стороны, из-за наличия внутриглазного давления роговица не может быть плоской. Получается чепуха какая-то! Какова же на самом деле форма роговицы у дельфина — плоская она или выпуклая?

Весь фокус в том, какая часть роговицы. Когда выше вы читали, что, зная кривизну роговицы, оптики подсчитали, насколько близоруким должен быть на воздухе дельфин, скорее всего, и не обратили внимания на одну маленькую хитрость. Я написал: «При той кривизне, которую имеет центральная часть роговицы». Но в чем же тут хитрость? Конечно же так и нужно было делать: принять во внимание прежде всего центральную, то есть самую важную часть того окошка, через которое свет попа дает в глаз животного. И люди, и животные, рассматривая какой-нибудь предмет, обязательно направляют свои глаза на этот предмет, то есть ориентируют глаза так, что бы свет, отраженный от этого предмета, падал на глаз не сбоку, а именно спереди, на центр роговицы — прозрачного окна глаза, а не на его краешек. Взглянув на глаза своего собеседника или домашней кошки, вы также убедитесь, что именно в центре прозрачной роговицы находится зрачок — отверстие, через которое свет проникает в глубь глаза. Так что, казалось бы, вполне резонно оценивать свойства глаза, имея в виду форму и особенности прежде всего центральной, то есть самой важной части роговицы. Никакой хитрости тут вроде бы нет.

Все это действительно совершенно справедливо и для человека, и для кошки, и для большинства других животных: центральная часть — самая важная часть роговицы, именно от ее свойств и состояния в очень большой степени зависит нормальная работа глаза. Но все же это справедливо не для всех животных. И одно из немногих исключений, как вы, наверное, уже догадываетесь, дельфины.

Но чтобы разобраться, как именно дельфины используют свойства различных частей роговицы глаза, нам придется на время оставить в стороне все вопросы, касающиеся оптики дельфиньего глаза, и заняться другой наиважнейшей частью глаза — его светочувствительной сетчатой оболочкой, или сетчаткой. Оказывается, ее строение у дельфинов тоже имеет самое прямое отношение к универсальности их зрения.

Но прежде чем говорить об особенностях сетчатки дельфинов, нужно сначала сказать несколько слов о не которых особенностях зрения всех животных и человека, связанных со строением сетчатки. Иначе будет не очень ясно, о чем пойдет речь.

В повседневной жизни нам обычно кажется, что мы хорошо, резко видим все предметы вокруг нас — и те, которые расположены прямо перед нами, и те, что сверху или снизу, справа или слева. Но на самом деле это не сов сем так. Проще простого убедиться, что в каждый данный момент мы четко, резко видим лишь очень небольшой кусочек из всего поля зрения. Посмотрите внимательно на своего собеседника, который сидит перед вами на рас стоянии вытянутой руки, и постарайтесь остановить свой взор на какой-нибудь части его лица, например на его ухе. Если вы действительно удерживаете взор на ухе собеседника, то обнаружите, что его нос или глаз, которые расположены всего-то в нескольких сантиметрах от уха, видны уже неясно, неотчетливо. Разумеется, дело тут не в свойствах носа или ушей вашего знакомого: тот же самый результат можно получить, рассматривая любой предмет и сознательно контролируя направление своего взора. При определенном направлении взгляда мы способны четко видеть лишь очень небольшую часть окружающего пространства. Ощущение же, что мы хорошо видим все пространство вокруг нас, создается потому, что произвольно или непроизвольно наш взор постоянно «ощупывает» окружающее пространство, перескакивает с одного предмета на другой, и кратковременные картинки предметов, четко видимых в последовательные моменты времени, соединяются в нашем сознании в целостную картину всей окружающей обстановки.

Такая особенность нашего зрения определяется строением сетчатки глаза. Ведь для того, чтобы рассмотреть мелкие детали изображения, недостаточно, чтобы это изображение было хорошо сфокусировано на сетчатке. Нужно еще, чтобы сама сетчатка была способна различать достаточно мелкие детали. А это ее свойство зависит от того, насколько густо, плотно расположены на ней светочувствительные клетки (рецепторы) и нервные клетки, передающие сигналы от рецепторов к мозгу. Каждая нервная клетка сетчатки (их называют ганглиозными клетками) передает в мозг сигнал о том, насколько светлый или темный кусочек изображения пришелся на тот микроучасток сетчатки, в котором она расположена. Из таких сигналов, как из мозаики, и складывается целостный образ в мозге: каждая ганглиозная клетка — один элементик мозаики. Понятно, что чем реже расположены ганглиозные клетки, тем грубее мозаика, тем менее детальным оказывается целостный образ. Чем клетки расположены гуще, тем детальнее мозаика, точнее образ.

Но в сетчатке глаза человека и всех животных ганглиозные клетки размещены неравномерно. Как правило, в центре сетчатки, на относительно небольшом ее участке, плотность клеток намного больше, чем в остальной, большей ее части. Поэтому те части изображения, которые оказались спроецированными на центр сетчатки, передаются в мозг очень подробно, детально, а те части изображения, которые спроецированы на остальную сетчатку, — довольно нечетко, приблизительно. При такой нечеткой передаче изображения распознать какие-либо детали практически невозможно. Только те части изображения, которые попали на центральную часть сетчатки, доступны для восприятия в деталях и для распознавания.

Поэтому становится понятен смысл того ежесекундно совершаемого нами действия, которое мы обозначаем словами «посмотреть на что-то». Посмотреть на какой-то предмет -значит повернуть глаза таким образом, чтобы изображение этого предмета попало на центр сетчатки. Тогда все детали этого предмета становятся хорошо видны, и мы можем узнать его и сказать, что это такое. Пока изображение предмета падает не на центральную, а на боковую часть сетчатки («боковое зрение»), мы, как правило, видим лишь, что там есть «что-то», но что именно — это можно разобрать, только посмотрев на это «что-то», то есть переместив его изображение на центр сетчатки.

Можно ли считать, что такое строение сетчатки наше го глаза — признак ее несовершенства? В самом деле, казалось бы, куда лучше снабдить всю сетчатку достаточно большим количеством ганглиозных клеток, расположив их погуще, и таким способом сделать всю сетчатку способной к детальному распознаванию изображений всего поля зрения, а не только его маленькой части. Тогда бы мы без хлопот, не рыская глазами из стороны в сторону, могли видеть во всех деталях все, что происходит вокруг нас. Нет, не так все просто. Ведь в центральной части сетчатки ганглиозные клетки расположены в сотни раз более густо, чем в остальной ее части. Если бы плотность расположения клеток оказалась такой же высокой по всей сетчатке, то, значит, и общее количество клеток оказалось бы в сотни раз больше! А значит, в сотни раз увеличился бы объем передаваемой в мозг информации. Мозг просто захлебнулся бы в таком ее обилии, причем информации не очень-то и нужной, избыточной. В самом деле, ведь не в каждой же точке окружающей обстановки ежесекундно происходит что-то настолько важное и интересное, чтобы необходимо было подробно видеть все мельчайшие детали расположенных там предметов. Как правило, лишь небольшая часть поля зрения привлекает наше внимание в каждый определенный момент времени; туда и направляется взор, то есть именно эта часть поля зрения проецируется на центральную часть сетчатки и анализируется в деталях. А если произойдут какие-то события в другой части поля зрения, то бокового зрения вполне достаточно для того, чтобы просигнализировать: там произошло «что-то», может быть, важное и интересное; тогда взор немедленно переводится в этом направлении, и уже центральное зрение дает нам детальную информацию о том, что именно там происходит. Такая двухступенчатая процедура (сначала боковым зрением обнаружить, а потом центральным зрением рас смотреть в деталях) очень эффективна и разгружает мозг от ненужной работы, от избыточной информации.

Объясняя различия между центральным и боковым зрением, я говорил в основном о зрении человека, но это только потому, что особенности нашего собственного зрения каждый может легко проверить на собственном опыте и понять. На самом деле такие области сетчатки, в которых нервные клетки расположены особенно густо, а значит, части поля зрения, где изображение воспринимается наиболее детально, есть практически у всех животных. Назовем эти области поля зрения зонами наилучшего видения. Именно эти области определяют максимальную остроту зрения того или иного животного; во всем остальном поле зрения (т. е. на всей остальной сетчатке) острота зрения, как правило, в десятки раз хуже.

Форма и расположение зон наилучшего видения различны у разных животных. У человека и ближайших к нему животных — обезьян — это очень маленькая, всего около одного углового градуса в поперечнике, область в центре поля зрения, но зато плотность фоторецепторов и нервных клеток в той части сетчатки, куда она проецируется, огромна, так что в этом небольшом пятнышке достигается очень высокая острота зрения. У хищников кошек, собак и их диких сородичей — это тоже относительно небольшая зона, но все же чуть пошире, чем у человека, и плотность нервных клеток там поменьше, так что острота зрения у них немного хуже, чем у человека, но все же довольно высока. Когда хищник готовится к прыжку, чтобы схватить жертву, он фиксирует взор на жертве (переводит ее изображение на область наилучше го видения в сетчатке). А у травоядных (копытных, грызунов) зона наилучшего видения имеет форму не маленького пятнышка, а горизонтально вытянутой полоски. Почему? Да ведь кролик или антилопа не охотятся на подвижную добычу, им не нужно точно определять ее положение перед прыжком. А вот контролировать обстановку на горизонте — не появится ли там опасность им жизненно необходимо, и область наилучшего видения у них как раз соответствует положению горизонта. Есть и более экзотические варианты. У слона, например, зона наилучшего видения захватывает ту часть поля зрения, где находится его собственный хобот; это позволяет зрительно контролировать точнейшие движения хобо том, которые может совершать слон.

Однако при всем этом разнообразии есть одно свойство, общее почти у всех млекопитающих животных: каждый глаз имеет одну и только одну зону наилучшего видения, а не несколько. Почему «почти» у всех? Потому что дельфины, как уже не раз отмечалось, не вписываются в общую схему.

Вот теперь, после того как мы разобрались, что такое зоны наилучшего видения у животных, пришла наконец пора выяснить, в чем особенности строения сетчатки дельфинов и какое все это имеет отношение к способности этих животных хорошо видеть и в воде, и в воз духе.

Чтобы разобраться со строением сетчатки дельфинов, пришлось, конечно, потрудиться. У погибших по разным причинам животных аккуратно извлекали сетчатку глаза — а это тонкий слой нежнейшей ткани. Извлеченную сетчатку нужно аккуратно, не помяв и не порвав ее, расправить на тонком стекле. Но ткань сетчатки и все составляющие ее клетки почти прозрачны, поэтому даже в микроскоп просто так увидеть там ничего нельзя. Чтобы сделать клетки видимыми, сетчатку окрашивают специальными красками. Только этот процесс не имеет ничего общего с тем, что делает маляр или даже художник, нанося краску на поверхность. Краски, которыми пользуются для исследования сетчатки и других тканей, должны проникнуть внутрь исследуемого образца. И не просто проникнуть: краски, используемые для такой работы, имеют химическую близость с веществами, из которых состоят ткани организма. Поэтому окрашенными оказываются не все подряд, а определенные части конкретных клеток, из которых состоит ткань — в нашем случае это должны быть нервные клетки сетчатки глаза. Если после такой обработки взглянуть на сетчатку в микроскоп, открывается замечательная картина: ярко окрашенные (обычно синего или фиолетового цвета) нервные клетки разбросаны по почти прозрачному полю. Вот теперь можно приниматься за дело: предстоит кропотливая работа. Вся поверхность сетчатки размечается на маленькие квадратики — размером в доли миллиметра. И в каждом таком квадратике нужно подсчитать, сколько в нем содержится нервных клеток. Чем концентрация клеток плотнее, тем больше их насчитывается в каждом квадратике. А когда подсчет закончен, по его результатам можно составить подробную карту, показывающую, какова же плотность клеток в разных частях сетчатки.

Что же выяснилось в результате всей этой кропотливой работы? Начну с самого явного отличия дельфинов от других животных: у дельфинов каждый глаз имеет не одну зону наилучшего видения, а две! И расположены они не в центре поля зрения, а довольно далеко от него, по обеим сторонам и приблизительно на одинаковом расстоянии от центра: одна зона -- в передней части поля зрения, другая в задней боковой части. Это действительно самые настоящие зоны наилучшего видения: концентрация нервных клеток в соответствующих участках сетчатки в десятки раз выше, чем в других частях.

Я уже отмечал, что хрусталик (основная светопреломляющая линза) у дельфина практически шарообразный. Но этого мало. Сетчатка глаза тоже образует практически ровную полусферу, и центр ее совпадает как раз с центром хрусталика, то есть все точки сетчатки удалены от хрусталика на одинаковое расстояние. Таким об разом, вся оптическая система глаза оказывается симметричной относительно одного общего центра. Значит, свет, попадающий на хрусталик с любого направления, преломляется и фокусируется на сетчатке практически одинаково.

Но обратите внимание: как может попасть свет на удаленные от центра части сетчатки, где расположены зоны наилучшего видения? Чтобы попасть на заднюю зону, свет должен пройти через передний край роговицы и дальше через центр хрусталика на сетчатку. А на переднюю зону свет попадает, пройдя через задний край роговицы.

Однако на краях роговицы ее кривизна совсем не такая, как в центре. Края роговицы прикреплены к значительно более толстой и жесткой белковой оболочке (склере), которая, собственно, и образует глазное яблоко. Около места прикрепления роговица заметно утолщена и вдобавок еще поддерживается более толстой и жесткой склерой. Хотя роговица и здесь выгнута, но значительно меньше, чем в центральной ее части. Это было показано оптическими измерениями.

Так вот в чем фокус! Свет попадает на зоны наилучшего видения (которые как раз и обеспечивают самое острое зрение) не через центр роговицы, а через ее края, которые хотя и не совсем плоские, но имеют очень не большую кривизну. Но ведь плоская (или хотя бы почти плоская) роговица — это как раз то, что нужно для одинаковой работы глаза и под водой, и в воздухе.

Правда, если разобраться тщательнее, можно подметить, что не так все просто (но тем и интереснее!). Ведь поперечник шарообразного хрусталика довольно велик. Значит, свет на него может попадать через разные части роговицы. Это только центральная часть светового пучка, попадающего на зону наилучшего видения, проходит через уплощенную часть роговицы. Но на ту же часть сетчатки свет может попасть, пройдя через центральную часть роговицы и краевую часть хрусталика: рисунок наглядно показывает и этот путь тоже. А центральная часть роговицы выпуклая, следовательно, на воздухе эта часть светового пучка будет сфокусирована неправильно, и качество изображения заметно ухудшится.

Все это так и могло бы быть, если бы не еще одна занятная особенность дельфиньего глаза: форма его зрачка. Зрачок — это отверстие в специальной непрозрачной радужной — оболочке глаза (радужке). Она выполняет ту же роль, что и диафрагма в фотоаппарате: меняя размер прозрачного отверстия, она регулирует количество света, попадающего в глаз, и таким образом подстраивает его к условиям более или менее яркого освещения. Как только освещенность окружающей обстановки увеличится, мозг посылает команду к тонким мышечным волокнам, «вмонтированным» в радужку, и они, сокращаясь, сужают отверстие зрачка, избавляя глаз от избыточного света; уменьшится освещенность — и отверстие автоматически расширится, чтобы в глаз попало достаточно света.

Форма зрачкового отверстия различна у разных животных. У нас с вами зрачок имеет вид круглого отверстия в центре радужки: чем сильнее освещенность, тем меньше диаметр отверстия. У кошки — всем известно зрачок имеет вид вертикальной щели: чем сильнее освещенность, тем меньше ширина щели, а ее высота почти не меняется. У других животных встречаются зрачки и прямоугольной, и треугольной формы — все зависит от того, как вмонтированы в радужку мышечные волокна, сужающие отверстие.

Но у дельфина зрачок не похож ни на человеческий, ни на кошачий, ни на чей-либо еще. Когда увеличивается освещенность, то из верхней части радужки выдвигается выступ; его называют оперкулюм (звучит очень не уклюже, потому что слово латинское; но поскольку ни чего подобного ни у каких других животных не наблюдали, то даже русского названия для него не при думали). Оперкулюм сужает зрачок таким образом, что он приобретает вид серповидной щели. Чем сильнее освещенность, тем уже щель. И если освещенность достаточно высокая, то нижний край оперкулюма выдвигается настолько, что смыкается с противоположным краем зрачкового отверстия. Щель исчезает, и вместо нее остаются только два отдельных отверстия: в передней и в за дней части радужки.

Каждое из двух зрачковых отверстий расположено как раз там, где центральная часть светового пучка должна пройти через уплощенную часть роговицы, чтобы попасть на соответствующую зону наилучшего видения. При этом краевые части светового пучка, проходящие через искривленную часть роговицы, отсекаются. Изображение в зонах наилучшего видения не размывается плохо сфокусированным светом, проходящим через края хрусталика.

Правда, такое сильное сужение зрачка, при котором он распадается на два отдельных отверстия, происходит только при достаточно ярком освещении; в сумерках зрачок расширяется и пропускает весь попадающий на глаз свет. Ну и что же! Ведь сужение зрачка, позволяющее свету попадать в глаз только через краевые части роговицы, необходимо дельфину только для зрения в воз духе, над водой. А именно над водой освещенность вы сока, и зрачок приобретает вид двух отверстий. Под водой же освещенность резко падает с каждым метром глубины (ведь вода намного менее прозрачна, чем воз дух). Там зрачок дельфина сильно расширяется, и свет попадает в глаз через всю роговицу — и через ее уплощенные края, и через центральную, выпуклую часть, чтобы уловить побольше света в подводных сумерках. Но под водой-то это не страшно: там преломления света на роговице почти нет, и какой она формы — совершен но не важно.

Подведем некоторые итоги всему тому, что рассказано об устройстве глаза дельфина. Одинаковая пригодность его глаза для зрения и в воде, и в воздухе обеспечивается не какой-то одной его особенностью, а изящной комбинацией нескольких необычных особенностей строения: наличием в сетчатке двух зон наилучшего видения, шаровидной формой хрусталика, благодаря которой каждая из этих зон «смотрит» сквозь лежащий напротив нее край роговицы; меньшей кривизной этих краевых частей роговицы и наличием двух зрачковых отверстий, которые пропускают только тот свет, который проходит через мало искривленную роговицу. Все это вместе и создает уникальную конструкцию дельфиньего глаза.

Вот что, однако, еще интересно. Если у дельфина две зоны наилучшего видения, то какая из них на самом деле используется, чтобы в деталях рассмотреть какой-либо предмет? Иначе говоря, что считать для этого животного направлением взора: то, в котором «смотрит» передняя зона наилучшего видения, или то, куда «смотрит» задняя? Оказалось, и то и другое. То есть у дельфина могут быть сразу два направления взора, а может использоваться преимущественно одно или другое. Причем эти два направления взора по-разному используются под водой и на воздухе. Если дельфин поднимает голову над поверхностью воды, чтобы рассмотреть какой-то надводный предмет например, человека, стоящего у края бассейна, то он повернет голову так, чтобы объект его интереса оказался прямо перед ним. При этом человеку, в свою очередь, очень хорошо видно, что на него уставились оба глаза дельфина, от которых линия взора проходит немного ниже рострума. Ясно, что в данном случае рассматриваемый человек оказывается в передней зоне наилучшего видения. А вот если под водой дельфин за интересовался, например, подплывшим к нему аквалангистом и хочет рассмотреть его получше, то он повернется к человеку боком и будет рассматривать его не двумя, а одним глазом. При этом человек окажется в задне-боковой зоне наилучшего видения.

Значит ли это, что передняя зона наилучшего видения предназначена только для надводного, а заднебоковая только для подводного зрения? Вовсе нет. В иных ситуациях и под водой очень эффективно используется передняя зона. Ведь она направлена туда, куда движется животное. А для быстро движущегося дельфина пространство впереди по ходу движения всегда представляет собой зону повышенного интереса, ведь именно там чаще всего появляется что-то новое; именно туда надо смотреть особенно внимательно. Тут уж главную роль играет именно передняя зона наилучшего видения.

И в заключение несколько слов о зрительных способностях разных дельфинов и других китообразных, о том, насколько острое у них зрение. Выше мы описывали, как измеряется острота зрения в экспериментах на специально обученных дельфинах. Но такие детальные измерения можно выполнить не на любом виде: они требуют дли тельного содержания животного в неволе и продолжи тельного предварительного обучения, а условия для это го есть не всегда. Можно ли найти более простой и доступный метод? Оказывается, можно. Для этого нужно у погибшего дельфина извлечь сетчатку глаза, сделать из нее — так, как описано выше, — препарат, который позволит под микроскопом увидеть нервные клетки сетчатки, и подсчитать, сколько таких клеток приходится на единицу площади сетчатки, то есть какова плотность расположения клеток. Зная плотность клеток, можно рассчитать, на каком расстоянии друг от друга находятся соседние клетки: чем плотнее они расположены, тем это расстояние меньше. А расстояние между соседними нервными клетками сетчатки как раз и определяет в значительной степени остроту зрения: если расстояние маленькое, то клетки могут передать информацию о мелких деталях изображения; если расстояние большое, то возможна передача информации только о более крупных деталях. Дело обстоит примерно так же, как в фотоаппарате: если он заряжен мелкозернистой пленкой, то изображение получается лучше, а если пленка крупнозернистая, то изображение похуже, погрубее. Разумеется, для лучшей остроты зрения, как и для качественной фотографии, нужна не только «мелкозернистая» сетчатка, но и хорошая фокусировка; но мы уже выяснили, что с этим у дельфинов все в порядке, так что по «зернистости» (т. е. плотности нервных клеток) сетчатки неплохо можно оценить остроту зрения.

Об остроте зрения у дельфинов-афалин мы уже говорили выше: у них острота зрения была измерена непосредственно по их поведенческим реакциям на зрительные изображения-решетки. Напомню: получилась ост рота зрения около 9 угловых минут в воде и 12 минут в воздухе. А что показали расчеты, основанные на плотности нервных клеток сетчатки? Ровно столько же! Так что можно считать: метод оценки остроты зрения у дельфинов по плотности клеток в сетчатке успешно прошел проверку, и следует использовать его для других дельфинов и китов, для которых прямых экспериментальных измерений нет.

И вот что получилось. У большинства дельфинов и китов острота зрения примерно такая же, как у афалины, то есть 9—10 угловых минут в воде и соответственно 12— 13 минут в воздухе. Это чуть похуже, чем, например, у кошки, но в общем совсем неплохо. У многих наземных животных острота зрения находится примерно на том же уровне -у одних получше, у других похуже. Только у обезьян и человека острота зрения намного лучше около 1 минуты, но это за счет того, что зона наилучшего видения сжата в очень маленькое пятнышко. Конечно, и для дельфинов, и для других животных, и для человека речь идет о максимальной остроте зрения, то есть об ост роте зрения в зоне наилучшего видения; в других частях поля зрения она хуже. Так что в целом зрение у китообразных вполне приличное.

Есть, однако, и исключения. Некоторые китообразные, а именно речные дельфины, имеют значительно худшую остроту зрения. Например, у амазонского речного дельфина (животное, обитающее в реках Южной Америки) острота зрения оказалась в несколько раз хуже, чем у других собратьев: они могут различать детали изображения размером примерно в 40—50 угловых минут, то есть почти в целый угловой градус. Это происходит потому, что эти амазонские дельфины обитают в речных водах, которые всегда несут массу взвешенных частиц ила, глины, песка. Поэтому вода там очень мутная, почти непрозрачная. Вода вообще намного менее прозрачная среда, чем воздух, но в воде Амазонки нельзя ничего рас смотреть на расстоянии больше чем несколько десятков сантиметров, иногда и того меньше. Но если рассматриваемый предмет находится на расстоянии 20—30 см, то один угловой градус соответствует величине предмета или детали всего лишь в полсантиметра или меньше, то есть можно различить достаточно мелкие детали. Значит, зрение речного дельфина вовсе не такое уж плохое; оно просто приспособлено к рассматриванию предметов на очень близком расстоянии, поскольку на большем рас стоянии все равно ничего не видно.

Кстати, амазонский дельфин отличается от других китообразных не только худшей остротой зрения, но и еще одной особенностью. У него не две зоны наилучшего видения, как у других китообразных, а только одна. То есть как у всех наземных млекопитающих? -спросите вы. Нет, не совсем так, потому что эта зона находится не в центре, а в верхней части поля зрения — ни у какого другого животного из числа млекопитающих такого нет. А все дело в том, что очень мутная, малопрозрачная речная вода не только «размывает» изображения предметов, но и сильно поглощает свет. В такой воде уже на глубине не скольких метров полная темнота. Если что-то и можно разглядеть, то только в самом поверхностном слое, где свет еще не успел поглотиться частицами мути. Вот глаз амазонского дельфина и оказался построенным таким образом, что зона наилучшего видения смотрит вверх, туда, где побольше света.

Ну а теперь самое время вернуться к полусерьезному вопросу о том, сколько глаз у дельфина. С одной стороны, вроде бы два глаза, как и положено любому нормальному зверю. А с другой стороны -- у дельфинов (если не считать амазонского) каждый глаз как бы удвоен: в нем две зоны острого зрения, два зрачковых отверстия, которые смотрят в две разные стороны, два на правления взора. Так что два дельфиньих глаза иногда работают как четыре. Получается, что вопрос-то был не совсем глупый.

Поиск

Информатика

Физика

Химия

Педсовет

Классному руководителю

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru