Keerukad putukate silmad. Tulgem tagasi bioloogia juurde. Inimsilm pole kaugeltki ainus silma tüüp. Ehkki peaaegu kõigi selgroogsete silmad on sarnased inimesele, leiame madalamatel loomadel palju muud tüüpi silmi. Meil pole aega neid arutada. Kuid selgrootute hulgas (näiteks putukates) leidub ka kõrgelt arenenud silmatüüpe; need on keerulised või lihvitud silmad. (Enamikul putukatest, lisaks suurtele lihvitud silmadele, on ka lihtsad või silmad.) Mesilase nägemist on uuritud kõige hoolikamalt. Mesilaste nägemise iseärasusi on lihtne uurida, sest nagu teate, meelitavad neid mesi ja me saame katsetada, määrides näiteks mett sinise või punase paberiga meega ja jälgides, milline neist mesilast köidab. See meetod paljastas mesilaste nägemise väga huvitavad omadused..
Esiteks, püüdes kindlaks teha, kui selgelt mesilane näeb erinevust kahe "valge" paberitüki vahel, leidsid mõned teadlased, et ta ei näe seda eriti hästi, teised aga vastupidi, et ta teeb seda neetud jahedalt. Isegi kui võtta kaks peaaegu ühesugust paberitükki, eristas mesilane neid ikkagi.
Raamatutes on läbimõõt 30 mikronit. Nagu näete, on leping päris hea! On selge, et just see mehhanism määrab mesilase silma suuruse ja see on meie arusaamisele üsna ligipääsetav. Asendades nüüd täisnumbri (punktis 36.1), on lihtne kindlaks teha, milline on mesilase silma nurklihe. See osutub inimsilmaga võrreldes väga halvaks. Me näeme asju, mille nähtav suurus on kolmkümmend korda väiksem, kui mesilane näeb. Nii et inimesega võrreldes on mesila pilt üsna ebamäärane, sihikindel. Sellegipoolest on see nii ja ta lihtsalt ei saa rohkem loota. Loomulikult kerkib küsimus: miks ei võiks mesilasel läätse ja kõige muuga olla sama silma, mis meie oma? Seda takistavad mitmed üsna huvitavad põhjused. Esiteks on mesilane liiga väike; kui tal oleks meiega sarnane, kuid vastavalt vähendatud silm, oleks pupilli suurus umbes 30 mikronit ja seetõttu oleks difraktsioon nii suur, et mesilane ikkagi paremat ei näeks. Liiga väike silm pole eriti hea. Siis, kui teeksite silma sama suureks kui mesilase pea, hõivaks see kogu pea. Tõepoolest, keeruka silma väärtus seisneb selles, et see praktiliselt ei võta ruumi - lihtsalt õhuke kiht mesilase pea pinnale. Seega ärge unustage enne mesilasele nõu andmist unustada, et tal on oma probleemid!
Näiteks üks pleegitatud pleegitati tsinkvalgega ja teine pliiga ning ehkki mõlemad nägid välja täpselt ühesugused, eristas mesilane neid, kuna need peegeldavad ultraviolettvalgust erineval viisil. Nii leiti, et mesilase silm on tundlikum lühemate lainepikkuste suhtes kui inimsilm. Meie silmad näevad vahemikus 7000 kuni 4000 Å, punasest lillani ja mesilased näevad kuni 3000 Å, s.t ultraviolettpiirkonnas! Ja see tekitab mitmeid väga huvitavaid efekte. Esiteks eristavad mesilased paljusid lilli, mis tunduvad meile täpselt ühesugused. Pole midagi üllatavat; sest lilled ei õitse üldse, et meie silmi rõõmustada. Need on mesilaste söödaks, omamoodi signaaliks, et leidub mett. Kõik teavad, et “valgeid” lilli on palju. Värvi, mis tundub meile valge, ilmselt mesilased ei näe, sest selgus, et erinevad valged lilled ei peegelda ultraviolettkiirt nii täpselt kui tõelised valged lilled. Mitte kõik sellel tekkiv valgusjuhtum ei peegeldu valgest objektist, ultraviolettkiired on kadunud ja see on täpselt sama, mis meie jaoks sinise värvi kadumine, see tähendab kollaseks saamine. Nii näivad kõik valged lilled olevat värvilised mesilased. Kuid me teame ka, et mesilased ei näe punast. Selgub, et võime eeldada, et punased lilled tunduvad mesilased mustana? Ei midagi sellist! Punaste lillede hoolikas uurimine näitab, et esiteks suudavad isegi meie silmad valdava enamuse punaste lillede hulgast eristada kerget sinakat varjundit, mille põhjustab enamik neist täiendavalt sinistes toonides, mis asuvad mesilaste nähtavas piirkonnas. Lisaks näitavad katsed ka seda, et lilled erinevad oma võimega peegeldada kroonlehe eri osadest ultraviolettvalgust jne. Nii et kui me näeksime lilli nii, nagu mesilased neid näeksid, leiaksime need veelgi ilusamad ja mitmekesisemad!
Siiski avastati, et on olemas selliseid punaseid lilli, mis ei peegelda sinist ega ultraviolettkiirt, nii et need peaksid mesilastele mustana tunduma! See selgitab mingil määral nende inimeste hämmingut, kes on selle teema pärast väga mures: lõppude lõpuks ei tundu must värv atraktiivne ja räpase paksu varju on seda raske eristada. Ja nii selgub tegelikult: mesilased ei lenda nende lillede juurde. Kuid siis meeldivad neile pisikesed kolibirud; tuleb välja, et need linnud näevad punast hästi!
Mesilase nägemuse veel üks huvitav külg. Vaadates tükikest sinist taevast ega näe ise päikest, saab mesilane ilmselt ikkagi kindlaks teha, kus päike on. See pole meile nii lihtne. Vaadake aknast välja taeva poole. Näete, et see on sinine. Ja mis suunas on päike praegu? Mesilane saab selle kindlaks teha, kuna ta on valguse polarisatsiooni suuna suhtes väga tundlik ja taevast peegelduv valgus on polariseeritud..
(Inimese silm on kergelt ka valguse polarisatsiooni suuna suhtes tundlik ja võite õppida arvama päikese suunda üldiselt. Siin kasutame nähtust, mida nimetatakse Haidingeri harjaks. See on vaatevälja keskel kahvatukollane laik, mis sarnaneb kuju liivakellaga; seda on näha) polariseerivate klaaside kaudu piiramatu värvitu ruumi taustal on see nähtav ka ilma sinise taeva polariseerimata klaasideta, kui pead siin-seal pöörata.)
Nad vaidlevad endiselt selle üle, kuidas tal õnnestub, kas seetõttu, et valguse hajumine on erinevatel asjaoludel erinev või on mesilase silmad valguse polarisatsiooni suuna suhtes tundlikud. Viimati on saadud andmeid mesilasilma otsese tundlikkuse kohta.
Samuti öeldakse, et mesilane on võimeline eristama üksikuid valgusvälke sagedusega 200 korda 1 sekundis, samal ajal kui me eristame ainult 20 välku. Tarus liiguvad mesilased väga kiiresti; nad liiguvad käppadega, lainetavad tiibu, kuid meie silmad vaevalt suudavad kõiki neid liigutusi jälgida. Kui saaksime vahet teha kiiremal virvendusel, siis teine asi. Ilmselt on mesilase jaoks väga oluline, et tema silmad reageeriksid nii kiiresti.
Räägime nüüd sellest, mis tegelikult on mesilase nägemisteravus? Mesilase silm on keeruline; see koosneb tohutul hulgal spetsiaalsetest silmadest, mida nimetatakse ommatidiaks ja mis asuvad putuka pea külgedel peaaegu sfäärilisel pinnal. Joonisel fig. 36,7 näitab ommatidiumi. Selle tipus on läbipaistev piirkond, omamoodi „lääts”, kuid tegelikkuses sarnaneb see pigem filtriga, mis paneb valguse minema mööda kitsast kiudu, kus ilmselt toimub selle neeldumine. Närvikiud lahkub teisest otsast. Kesknärvikiudul on selle külgedel kuus rakku, millest see tegelikult väljub. Meie eesmärkidel on see kirjeldus piisav; Peaasi, et rakk on koonusekujuline ja paljud neist üksteise kõrval paiknevatest rakkudest moodustavad mesilase silma pinna.
Vaatame nüüd, milline on sellise silma lahutusvõime. Joonistage silma pinnale joonis (joonis 36.8), skemaatiliselt ommatiidiumi, mida loetakse raadiusega r-sfääriks. Proovime nüüd arvutada iga ommatiidiumi laiuse, mille jaoks me pingutame oma kiire mõistuse ja oletame, et loodus on sama tark kui meie!
Kui ommatidium on väga suur, ei pruugi eraldusvõime olla suur. Teisisõnu: üks ommatiidium saab teavet ühe suuna, teine - teise jne kohta ja tühimikku langevaid objekte, mesilane ei näe piisavalt hästi. Seega on silma nägemisteravuse määramatus seotud kahtlemata ommatidia lõpu nurkkiirusega silma kumeruse keskpunkti suhtes. (Tegelikult paiknevad silmad ainult pea pinnal.) Kuid nurk ühest ommatiidiumist teise on muidugi võrdne ommatiidiumi läbimõõduga, mis on jagatud silma pinna kõverusraadusega:
Nii võime öelda: „Mida väiksem on δ väärtus, seda suurem on nägemisteravus. Kuid miks siis loodus ei andnud mesilasele väga, väga väikest ommatidiat? ” Vastuseks võime öelda järgmist: me tunneme füüsikat juba piisavalt hästi, et mõista, et difraktsiooni tõttu valgust kitsast pilust läbi proovides on võimatu selles suunas piisavalt hästi näha, sest valgus tuleb erinevatest suundadest, s.o. kõik suunad nurga Δθd = λ / δ sees, nii et
Nüüd on selge, et kui δ võetakse liiga väikeseks, ei näe iga difraktsioonist tulenev ommatiidium mitte ainult ühes suunas! Kuid kui teete δ väärtuse liiga suureks, siis ehkki kõik vaatavad ühte suunda, on neid piisavalt vähe, et saada piisavalt detailset pilti. Seega peame valima sellise kauguse d, et nende kahe mehhanismi kogu efekt oleks minimaalne. Kui liidame kokku kaks avaldist ja leiame koha, kus summa on minimaalne, saame
mis annab distantsi
Kui eeldame, et r on ligikaudu võrdne 3 mm ja mesilase poolt nähtavaks valguse lainepikkuseks loetakse 4000 Å, siis pärast juure korrutamist ja eraldamist leiame
Raamatutes on läbimõõt 30 mikronit. Nagu näete, on leping päris hea! On selge, et just see mehhanism määrab mesilase silma suuruse ja see on meie arusaamisele üsna ligipääsetav. Asendades nüüd täisnumbri (punktis 36.1), on lihtne kindlaks teha, milline on mesilase silma nurklihe. See osutub inimsilmaga võrreldes väga halvaks. Me näeme asju, mille nähtav suurus on kolmkümmend korda väiksem, kui mesilane näeb. Nii et inimesega võrreldes on mesila pilt üsna ebamäärane, sihikindel. Sellegipoolest on see nii ja ta lihtsalt ei saa rohkem loota. Loomulikult kerkib küsimus: miks ei võiks mesilasel läätse ja kõige muuga olla sama silma, mis meie oma? Seda takistavad mitmed üsna huvitavad põhjused. Esiteks on mesilane liiga väike; kui tal oleks meiega sarnane, kuid vastavalt vähendatud silm, oleks pupilli suurus umbes 30 mikronit ja seetõttu oleks difraktsioon nii suur, et mesilane ikkagi paremat ei näeks. Liiga väike silm pole eriti hea. Siis, kui teeksite silma sama suureks kui mesilase pea, hõivaks see kogu pea. Tõepoolest, keeruka silma väärtus seisneb selles, et see praktiliselt ei võta ruumi - lihtsalt õhuke kiht mesilase pea pinnale. Seega ärge unustage enne mesilasele nõu andmist unustada, et tal on oma probleemid!
25 parimat: hämmastavad faktid silmade ja nende keeruka ülesehituse kohta
Tõenäoliselt pole te kunagi mõelnud, kui keeruline on silmamuna. Uskumatult keeruline! See on peaaegu nagu masinaehituse väike ime! Kuigi see tundub nii lihtne, eks? See on lihtsalt väike pall. Kui keeruline see võib olla? Mõelge sellele kuidagi.
Valdav hulk teavet, mida inimene välismaailma kohta saab, tajub seda täpselt silmadega. Ja need kaks meie peas olevat kuuli vastutavad suurema osa teabe töötlemise ja edastamise eest ajule. Sellepärast räägime täna teile silmadest ebaharilikke ja huvitavaid fakte..
Esiteks, kas teadsite, et porgandid ei paranda tegelikult nägemist? Igal juhul mitte rohkem kui muud köögiviljad. Seda, et porgandid on silmadele head, levisid britid Teise maailmasõja ajal, nii et sakslased ei teaks, et Briti piloodid kasutasid Saksamaa õhurünnakute tõrjumiseks radarit (see tehnoloogia tuli klassifitseerida).
Oma eeliste varjamiseks tulid britid välja legendiga, et nende pilootidel on suurepärane nägemine, sest nad söövad palju porgandeid. Sellest ajast alates usuvad inimesed sellesse. Me isegi ei tee nalja. Siin on 25 pilkupüüdvat fakti nende uskumatult keeruka struktuuri kohta:
25. Inimese silmad eristavad rohkem kui 10 miljonit värvi.
24. Siniste silmadega inimestel on alkoholitaluvus kõrgem kui mis tahes muu silmavärviga inimestel..
23. Inimene veedab umbes 10% ärkveloleku ajast suletud silmadega. Kuidas see saab olla? Veebilink.
22. Jaanalinnu silm on suurem kui tema aju.
21. Einsteini silmi hoitakse New Yorgis seifis.
20. Arvatakse, et mustad leemurid on ainsad primaadid, välja arvatud inimesed, kelle silmad võivad olla sinised.
19. Mesilastel on 5 silma: 2 keerulist ja 3 lihtsat. Eeldatakse, et kahe keeruka silmaga, mis asuvad pea külgedel ja koosnevad paljudest rakkudest (tahkudest), näeb mesilane objekti kujutist (ehkki ainult mosaiigi kujul).
Kolm lihtsat silma asuvad kroonil punktide kujul, mida saab visuaalselt ühendada kolmnurgaks. Teadlaste sõnul mängivad need silmad toetavat rolli: koos nendega tajub putukas valgustuse intensiivsust, saab teavet koidu või hämaruse alguse kohta..
18. Kulmude vahelist ruumi nimetatakse "nazioniks".
17. Hiiglasliku kalmaari silm võib ulatuda korvpalli suuruseni.
16. Delfiinid magavad ühe silmaga.
Une ajal lülitavad delfiinid välja ainult ühe ajupoolkera, sulgedes samal ajal ka vastasilma. Teine, ärkvel, pool aju, jälgib vahepeal kõike, mis selle ümber toimub, kontrollides looma hingamist.
15. Kassidel on kolm sajandit.
14. Silmade hirmu nimetatakse ommatofoobiaks. Selle foobia ilming väljendub selles, et inimene kardab vaadata teiste silmi, kogedes sellest õudust. Sellised inimesed kõnnivad tavaliselt silmi katvates kapuutsides või mustades prillides..
13. Roheline on kõige haruldasem silmavärv. Ainult 2% Maal elavatest inimestest on rohelised silmad.
12. Kui inimese silm oleks kaamera, siis oleks see 576-megapiksline.
11. Igal siniste silmadega inimesel on kauge, kauge esivanem, kes elas Musta mere lähedal 10 000 aastat tagasi.
10. Amblüoopia ("laisk silm") raviks kasutavad teadlased üllatuslikult Tetrist (jah, videomäng).
9. Inimese silmad võivad päikesepõletust saada..
8. Sinised silmad on valgustundlikumad..
7. Mõned sisalikud lasevad silmist verd, et kaitsta end võimalike kiskjate eest.
Sarvilistel või kärnkonnakujulistel sisalikel on ebaharilik kaitsemehhanism, mis töötab kõige ohtlikumatel hetkedel. Blokeerides vere väljavoolu peast, suurendades sellega selles vererõhku ja põhjustades silmalaugude ümber väikeste veresoonte rebenemist, vallandab roomaja veri silmade nurkadest suunaga. Kaugus, mida ta sel viisil saab tulistada, võib ulatuda 5 meetrini.
6. Eigengrau on värv, mida inimene näeb, kui tema silmad on suletud või kui ta on täielikus pimeduses (seda nimetatakse ka “ajuhalliks”, “võrkkesta enda värviks” või, saksa sõnast tõlgituna, “sisemiseks / enda halliks”) ).
5. Öise vaatega prillid on rohelised, kuna inimsilm suudab eristada rohelise varjundit rohkem kui ükski teine.
4. Tegelikult ei paranda porgandid nägemist (vähemalt mitte rohkem kui ühegi teise köögivilja puhul).
Seda valet levisid britid Teise maailmasõja ajal, nii et sakslased ei saaks teada, et Briti piloodid kasutavad vaenlase rünnakute tõrjumiseks õhuradarit. Briti õhujõudude esindajad ütlesid avaliku esinemise ajal, et nende piloodid näevad pimedas hästi ja tabavad väga täpselt sihtmärke, kuna nad söövad porgandeid suurtes kogustes. See polnud kõige veenvam põhjus, kuid sellegipoolest uskusid inimesed seda.
3. Bono ei kanna oma pildi jaoks prille, vaid sellepärast, et tal on glaukoom.
2. Inimese kulmud värskendatakse täielikult iga 2 kuu tagant.
1. Mõnel naisel on geneetiline mutatsioon, mille tagajärjel saavad nad näha veel miljoneid värve ja toone (kuni 100 miljonit).
Silmad - silmade värv, suurus ja struktuur
Silmad on elundid, mis tunnevad valgust ära ja muudavad selle neuronite elektrokeemilisteks impulssideks. Algloomades on fotoretseptorirakkude poolt valguse tajumine tihedalt seotud liikumisega. Kõrgematel organismidel on silm keeruline optiline süsteem, mis kogub keskkonnast valgust ja reguleerib diafragma abil selle intensiivsust. See süsteem fokusseerib valguse ka läbi konkreetse läätsede komplekti pildi moodustamiseks, teisendades selle pildi elektriliste signaalide komplektiks ja edastades need signaalid aju neuraalsete radade kaudu, mis ühendavad silma nägemisnärviga ajukoore visuaalse tsooniga. Silmadel on koos eraldusvõimega kümme põhimõtteliselt erinevat kuju ja 96% loomaliikidest on keeruline optiline süsteem. Kujutise tuvastamise silmad esinevad molluskites, koorides ja lülijalgsetes..
Vananemisprotsessiga on seotud palju haigusi, häireid ja muutusi, mis võivad mõjutada inimese silmi ja teda ümbritsevaid struktuure. Vananedes halveneb nägemise kvaliteet inimeste silmahaigustest sõltumatute põhjuste tõttu..
Lihtsaimad silmsüsteemid, näiteks mikroorganismide süsteemid, tunnevad ära ainult selle, mis neid ümbritseb (pimedus või valgus). Sellest piisab ööpäevaste rütmide rakendamiseks. Keerukamates okulaarsüsteemides saadavad võrkkesta valgustundlikud ganglionrakud signaale retino-hüpotalamuse trakti kaudu suprachiasmatic tuuma, et mõjutada ööpäevaseid rütme.
Silmavideo
Üldine informatsioon
Komplekssed silmsüsteemid tunnevad ära värve ja kujundeid. Enamiku organismide, eriti röövloomade vaateväli hõlmab binokulaarse nägemise suuri alasid, et parandada tajumise sügavust. Teistes organismides on silmad paigutatud vaatevälja suurendamiseks. Selliste organismide hulka kuuluvad küülikud, monokulaarse nägemisega hobused..
Esimesed lihtsamad silmad tekkisid loomade seas enam kui 600 miljonit aastat tagasi, Kambriumi plahvatuse ajal. Loomade viimasel ühisel esivanemal oli nägemiseks vajalike biokeemiliste tööriistade komplekt. Täiustatud silmsüsteemid arenesid välja 96% loomaliikidest, kuuekümnest kolmekümnest. Enamikul selgroogsetel ja mõnel molluskil töötab silm, lastes valgusel tungida silma silma võrkkestale tuntud valgustundlikule rakkude paneelile ja projitseeruma sellele. Võrkkesta koonusrakud (värvi jaoks) ja varrastest sarnased (tumedate kontrastide jaoks) tuvastavad ja muudavad valguse visuaalse tajumise närvisignaalideks. Seejärel edastatakse nägemisnärvi kaudu visuaalsed signaalid ajju. Seda tüüpi silmal on tavaliselt kuuli kuju, mis on täidetud geelitaolise vedelikuga, mida nimetatakse klaaskeha vedelikuks ning millel on fookusläätsed ja sageli iiris. Iirise ümbritsevate lihaste lõdvestus ja pinge muudavad pupilli suuruse, reguleerides nii silma siseneva valguse hulka ja vähendades moonutusi piisava valgusega.
Enamiku peajalgsete, kalade, kahepaiksete ja madude silmad on objektiivi kuju püsivad ja teravustamine saavutatakse läätsede teleskoobiga - nagu näiteks kaamerate teravustamine.
Lihvjalgadele on iseloomulikud lihvitud silmad. Need koosnevad paljudest lihtsatest külgedest ja sõltuvalt anatoomiast võivad nad saada kas ühe mosaiikpildi või mitu pilti ühes silmas. Igal anduril on oma läätsed ja valgustundlik element (id). Mõnel silmal on kuni 28 tuhat neist sensoritest, mis asuvad kuusnurkselt, mis suudavad pakkuda täielikku vaadet 360 kraadi. Lihvitud silmad on liikumise suhtes väga tundlikud. Mõnel lülijalgsel, sealhulgas paljudel tuule tiibadel, on mitu tahku (mõlemal võrkkestaga), mis on võimelised looma pilti ja moodustama nägemise. Iga silm vaatab pildi erinevaid osi. Aju moodustab kõigist silmadest ühise pildi, pakkudes täiesti erinevaid kõrgresolutsiooniga pilte.
Detailse hüperspektrilise värvinägemise korral on kaunistel koorikloomadel kõige keerulisem värvisüsteem. Praegu välja surnud trilobiitidel on ainulaadsed keerulised silmad. Silmaläätsede moodustamiseks kasutasid nad puhtaid kaltsiitkristalle. Selles erinevad nad enamikust teistest lülijalgsetest, kellel on pehmed silmad. Läätsede arv nendes silmades oli mitmekesine, kuid mõnel trilobiidil oli ainult üks lääts, samas kui teistel võis silma olla tuhandeid läätsi.
Erinevalt keerukatest silmadest on lihtsatel üks lääts. Näiteks hüppavatel ämblikutel on suur paar lihtsate silmadega kitsa vaateväljaga, mida perifeerse nägemise jaoks toetavad mitmed teised, väiksemad silmad. Mõnel putukate vastsel, näiteks röövikutel, on erinevat tüüpi lihtsad silmad (varred), mis annavad ligikaudse pildi. Mõningaid lihtsaid silmi, mida nimetatakse värvilisteks silmadeks, leidub loomades, nagu teod, kuid tegelikult ei saa tavatähenduses seda näha. Neil on ainult valgustundlikud rakud, kuid puuduvad läätsed ega muud võimalused piltide projitseerimiseks nendele rakkudele. Nad suudavad eristada valgust ainult pimedusest. Sellepärast väldivad teod otsest päikesevalgust. Süvamereallikate lähedal elavates organismides on liitsilmad sekundaarselt lihtsustatud ja kohandatud hüdrotermiliste allikate tekitatud infrapunakiirguse tuvastamiseks. Seega suudavad need organismid tuvastada kuumaveeallikaid ja neid ei tohi elusalt küpsetada..
Silma areng
Valguse tajumine on fülogeneetiliselt väga iidne protsess. Fülogeneesi teooriaid on erinevaid. Kõigi loomade silmade ühine päritolu (monofiilia) on laialt levinud ja on nüüd üldiselt aktsepteeritud fakt. See põhineb kõigi silmade üldistel geneetilistel omadustel. Teisisõnu, kõik kaasaegsed silmad ja kogu nende mitmekesisus pärinevad proosilmadest. Arvatakse, et nad on arenenud umbes 540 miljonit aastat tagasi, ja arvatakse, et PAX6 geen on selle protsessi võtmetegur. Arvatakse, et peamised silmaparandused on arengu algfaasis möödunud mitu miljonit aastat. Pärast seda, kui esimesed röövloomad hakkasid objekte täpselt ära tundma, algas “võidurelvastumine” kõigi nende liikide seas, kes ei vältinud fotoopilist keskkonda. Seetõttu arenesid paralleelselt sellega silmade keerukad tüübid ja alamtüübid (välja arvatud need rühmad, näiteks selgroogsed, kes hilisemates etappides olid sunnitud elama fotoopilises keskkonnas).
Paljude loomade silmad kohanevad oma keskkonnaga. Näiteks röövlindudel on palju suurem nägemisteravus kui inimestel ja mõned suudavad ultraviolettkiirgust ära tunda. Erinevad silmakujud, näiteks selgroogsed ja limused, on paralleelse evolutsiooni esindajad, hoolimata nende erinevast päritolust. Peajalgsete ja enamiku selgroogsete silmade geomeetria fenotüüpne lähenemine jätab mulje, et selgroogsete silmad moodustati peajalgsete silmade põhjal, kuid see pole nii, kuna neil on opsiinide vastavate tsiliaarsete ja rabdomoomiklasside pöördfunktsioonid ning kristalliliste läätsede erinev kuvamine.
Lihtsaimad silmad (silmapunkt) olid üherakuliste loomade fotoretseptori valgu lihtsad osad. Mitmerakulistel loomadel arenesid mitmerakulised silmalaigud füüsiliselt sarnaselt lõhna ja maitse retseptori saitidega. Need silmalaigud võisid ainult tajuda ümbritseva valguse heledust: nad oskasid eristada valgust pimedusest, kuid ei suutnud kindlaks teha valgusallika suunda.
Järk-järgult muutudes vähenesid hästi valgustatud keskkonnas elavate loomade silmalaigud fossa. Suunatugevuse pisut eristamiseks saavutati võime allika määramiseks nurga all, mille juures teatud rakkudele tuli valgus. Aja jooksul süvenes fossa, augu suurus vähenes ja fotoretseptori rakkude arv suurenes, moodustades väikese auguga efektiivse fotoaparaadi, mis suutis arvud hämardada. Kaasaegsete müksiinide (mida peetakse selgroogseteks) esivanemad ajendati ilmselgelt väga sügavale vee alla, kus nad olid vähem nähtavaks röövloomade suhtes ja kus oli kasulik punnis silmad, mis koguvad rohkem valgust kui lamedad või nõgusad.
Läbipaistvate rakkude õhuke kasv piki silma diafragmat moodustati algselt stigmakahjustuste vältimiseks, võimaldades silmakambri eraldatud sisul kohaneda kehavedelikuga, mis optimeerib valguse filtreerimist, blokeerib kahjulikku kiirgust, parandab silma murdumisnäitajat ja toimib väljaspool vett. Läbipaistvad kaitserakud jagunevad lõpuks kaheks kihiks: ringlev vedelik nende vahel, mis võimaldab laiemat vaatenurka ja paremat pildi eraldusvõimet, ning tänu läbipaistvale kristallilisele valgule suureneb enamikul inimestest järk-järgult läbipaistva kihi paksus..
Kudede kihtide vahe moodustab loomulikult kaksikkumera kuju, mis on normaalse murdumisnäitaja jaoks optimaalselt ideaalne struktuur. Läbipaistev ja läbipaistmatu kiht eraldatakse läätsedest sõltumatult: sarvkest ja iiris. Eesmise kihi piiramine moodustab taas keha vedeliku (vesivedelik). See suurendab murdumisjõudu ja parandab vereringet teist korda. Läbipaistmatu rõnga moodustumine võimaldab rohkemate veresoonte olemasolu, suuremat vereringet ja silma suuruse suurenemist.
Silmade tüübid
Silmi on kümme erinevat tüüpi - tegelikult kasutavad inimesed tavaliselt kõiki optilise pildi jäädvustamise viise, välja arvatud skaleerimine ja Fresneli läätsed. Silmatüübid võib jagada kahte kategooriasse: lihtsad silmad - ühe nõgusa valgustundliku pinnaga; keerulised silmad - hõlmake teatud arv individuaalseid läätsi, mis asuvad kumeral pinnal. Tuleb meeles pidada, et lihtsad silmad ei tähenda alati, et need on vähem keerulised või väiksema nägemisteravusega. Lisaks saab igat tüüpi silma kohandada peaaegu igaks keskkonnaks ja elustiiliks. Ainsad silmade spetsiifilised piirangud on eraldusvõime - keerukate silmade füüsika takistab neil saavutada eraldusvõimet üle 1. Samuti võivad ülipositsioonilised silmad saavutada suurema tundlikkuse kui määramissilmad, seega sobivad need paremini öistele loomadele. Silmad jagunevad ka nende fotoretseptorite rakulise struktuuri järgi kahte rühma: tsiliaarsed ja rabdomiidid. Need kaks rühma ei ole monofületilised; soolestikus on ka varjatud rakud, nagu mõnel anneliidil.
Lihtsaid silmi leidub peaaegu kõikjal ja läätsedega silmad on selgroogsetel, peajalgsetel, anneliididel, koorikloomadel ja kuubikute millimallikatel arenenud vähemalt seitse korda.
Silmade pistikupesad, mida nimetatakse ka varredeks, on silmalaigud, mida saab fossa asetada, et vähendada silmakohta tungiva ja seda mõjutava valguse langemisnurka, et organismidel oleks võimalik määrata sissetuleva valguse nurka. Asudes umbes 85% tüüpidest, võisid need alusvormid olla moodsamate "lihtsate" silmade eelkäijad. Need on väikesed ja sisaldavad umbes 100 rakku, mis katavad umbes 100 mikronit. Suunatavust saab parandada, vähendades augu suurust, lisades peegeldava kihi retseptori rakkude taha või täites koha tulekindla materjaliga.
Pit-maod on välja töötanud täpid, mis toimivad nagu silmad, mõõtes lisaks pikkadele optilistele lainetele ka termilist infrapunakiirgust.
Sfääriliste läätsede silmad
Silmakontaktide eraldusvõimet saab oluliselt parandada, kui läätsede moodustamiseks kasutatakse suure murdumisnäitajaga materjali. Need võivad märkimisväärselt vähendada tekkinud hägususe raadiust, suurendades sellega saadaolevat eraldusvõimet. Kõige põhilisem vorm, mida leidub mõnes kõhutäites ja anneliidides, koosneb läätsest, millel on üks murdumisnäitaja. Palju teravamat pilti on võimalik saada materjalide kasutamisel, mille murdumisnäitajad langevad servade poole; see vähendab fookuskaugust, võimaldades selget kujutist võrkkestas. Samuti pakub see pildi teravuse jaoks laia ava, võimaldades läätsedesse tungida rohkem valgust; ja lamedad korrigeerivad läätsed, mis vähendavad sfäärilist aberratsiooni. Selliseid heterogeenseid läätsi on vaja fookuskauguse vähendamiseks umbes 4 - 2,5 raadiusele.
Heterogeensed silmad arenesid vähemalt üheksa korda: neli või enam kõhtloomadel, üks kammkarpide koorikloomadel, üks anneliididel, üks peajalgsetel ja üks kord aragoniidiläätsedega karploomadel. Ühelgi veeorganismil pole ühtlaseid läätsi; arvatavasti on evolutsioonilise valiku surve homogeensetele läätsedele selles etapis piisavalt tugev, et kiiresti välja kasvada.
Need silmad loovad selged pildid, mille järgi pildi hägustamine on võimalik silmade liikumisega. Silma liikumise mõju vähendamiseks looma liikumise ajal on enamikul neist silmadest stabiliseerunud silmalihased.
Putukate faseeritud silmadel on lihtsad läätsed, kuid nende põhifookus on alati võrkkesta taga, seetõttu ei saa nad selget pilti moodustada. See vähendab silmade funktsionaalsust. Lihtsad silmad (lülijalgsete pit-tüüpi silmad) hägustavad pilti kogu võrkkestas ja reageerivad seetõttu hästi valguse intensiivsuse kiiretele muutustele kogu vaatevälja ulatuses. Seda kiiret reageerimist kiirendavad veelgi suured närvisidemed, mis saadavad kiiresti ajule teavet. Kujutise teravustamine hõlmab ka päikesekiirte fokuseerimist mitmele retseptorile, millele järgneb intensiivse valguse võimalik kahjustus. Varjestusretseptorid blokeerivad valgust ja vähendavad seeläbi nende tundlikkust. Selline kiire reaktsioon viitab sellele, et lennu ajal kasutatakse peamiselt lihtsaid putukesilmi, kuna neid saab kasutada järskude muutuste tuvastamiseks ülemises suunas (kuna valgus, eriti taimede neeldunud ultraviolettkiirgus, langeb tavaliselt kõrguselt).
Mõnel mereorganismil on rohkem kui üks lääts. Näiteks on mõnel koppel-kaameral kolm läätsi. Välisläätsel on paraboolne pind ja see neutraliseerib sfäärilise aberratsiooni mõjusid ning võimaldab samal ajal luua selge pildi. Teistel kopijatel on mõlemas silmas kaks läätse, mis sarnanevad teleskoobiga. Sellist ülesehitust on harulduse tõttu vähe uuritud, kuid see on huvitav alternatiiv. Mitmete läätsede huvitavat rakendamist täheldatakse mõnes röövloomades, näiteks kotkastes ja sarvkesta murdumisega hüppavatel ämblikel: hajutavatel läätsedel on see omadus, mis laiendab vaadeldavat pilti retseptorirakkudega võrreldes 50%, suurendades seeläbi nende optilist eraldusvõimet.
Enamiku imetajate, lindude, roomajate ja enamiku teiste maismaaselgroogsete silmis (koos ämblike ja putukate vastsetega) on klaaskeha vedelikul suurem murdumisnäitaja kui õhul. Enamik läätsi pole sfäärilised. Sfäärilised läätsed tekitavad sfäärilisi aberratsioone. Sarvkesta refraktsiooni abil korrigeeritakse läätse kude heterogeensete läätsede materjali või asfäärilise kujuga. Objektiivide silumisel on puudus; nägemise kvaliteet langeb põhirõhust. Seega on loomadel, kes on arenenud koos laia vaateväljaga, sageli silmad, mis kasutavad heterogeenseid läätsi..
Nagu varem märgitud, on sarvkesta refraktsioon kasulik ainult väljaspool vett. Klaaskeha vedeliku ja ümbritseva vee murdumisnäitajas on väike erinevus. Järelikult kaotavad vette naasvad olendid, näiteks pingviinid, hülged sarvkesta kõrge kumeruse ja pöörduvad tagasi läätsepõhise visuaalse tajumise juurde. Looni kujuga alternatiivne lahendus on tugeva teravustava sarvkesta olemasolu.
Objektiivide alternatiiviks on viia silma sisemine külg peeglitega vastavusse ja peegeldada pilti, et keskenduda keskele. Nende silmade eripära tähendab, et kui üks silm vaatab õpilast, siis teine näeb sama pilti, mida organism näeb tagasi.
Selliseid elundeid kasutavad paljud väikesed organismid, näiteks rotifersid, kämplinnud, kuid need on mugava pildi saamiseks liiga väikesed. Mõned suured organismid, näiteks kammkarbid, kasutavad ka peegeldavaid silmi. Mõnel kammkarbil on peegeldavad silmad mõõtkavas kuni 100 millimeetrit, ümbritsedes nende karapapi servi. Tänu sellele suudab ta tuvastada liikuvaid objekte, mis läbivad järjestikuseid läätsi..
Seal on ainult üks selgroog, Austraalia hüdrolagi, mille silmad kasutavad valguse fokuseerimiseks peegeldavat optilist süsteemi. Austraalia hüdrolagi iga silm kogub valgust alt ja ülevalt. Ülalt alla langevat valgust koondavad läätsed, altpoolt tuleva valguse aga kaarjas mitmekihiline peegel, mis koosneb guaniinkristallidest valmistatud väikestest peegeldavatest plaatidest.
Liitsilm võib koosneda tuhandetest individuaalsetest fotoretseptorite või ommatidia plokkidest. Kujutist tajutakse arvukate ommatidiate (eraldi "silmaplokid") kaudu saabuva teabe kombinatsioonina, mis asub kumeral pinnal, osutades seega pisut erinevatele suundadele. Võrreldes lihtsate keerukate silmadega on väga suur vaatenurk ja need võivad määrata kiire liikumise ja mõnel juhul ka valguse polarisatsiooni. (Isegi koolitatud inimsilm suudab kindlaks teha polariseeritud valguse orientatsiooni, mis avaldub nähtuses, mida nimetatakse Haidingeri harjadeks). Kuna üksikud läätsed on liiga väikesed, seavad difraktsiooniefektid saadud võimalikule eraldusvõimele piirangu (tingimusel, et need ei toimi etapiviisilise massiivina). Sellest saab üle ainult läätsede suuruse ja arvu suurendamise kaudu. Sama eraldusvõimega nägemiseks vajaksid inimesed silmi, igaühe pea suurus.
Komplekssilmad jagunevad kahte rühma: asendisilmad, mis moodustavad mitu ümberpööratud pilti, ja superpositsioonisilmad, mis moodustavad ühe normaalse pildi. Tüsistunud silmad on lülijalgsete seas tavalised ning neid leidub ka anneliidides ja mõnedes kahepoolmelistes karploomades..
Keerulised silmad, vähemalt lülijalgsetel, kasvavad servade ümber, lisades uusi ommatidiaid.
Tavalised silmad on kõige tavalisem silmade kuju ja näivad olevat liitsilmade eesmine vorm. Neid leidub kõigis lülijalgsete rühmades, kuigi võib-olla arenesid seda tüüpi ümberjaotamisel mitu korda. Mõnel anneliidil ja kahepoolmelisel on ka silma paista. Neid leidub ka hobuseraua krabil. Samuti on soovitusi, et chelicerae'l on silmad vähenenud raskest lähteasendist vähenemise tõttu. (Tundub, et mõned röövikud on keerukatest silmadest välja arenenud vastupidisel viisil).
Kohanemisilmad töötavad, kogudes teatud arvu pilte ja ühendades need ajus. Reeglina vastab iga silm ühele teabepunktile.
Tavalisel valikulisel silmal on läätsed, mis koondavad valgust optilise pulga ühest suunast, samas kui teistest suundadest tulevat valgust neelab ommatidia tume sein. Teist tüüpi valikuliste silmadega tüüp, mida leidub tuule tiibadega loomadel, on sulatamata läätsed ja igaüks neist moodustab eraldi pildi; neid pilte ühendab aju. Seda tüüpi silma nimetatakse skisokroosseks ühendsilmaks või ülipositsiooniliseks närvisilmaks. Kuna pilte kombineeritakse täiendavalt, võimaldab see mehhanism näha hämaras.
Superpositsiooni silmad jagunevad kolme tüüpi: murdumisnäitajad, peegeldavad ja paraboolsed. Üliasendis murdvatel silmadel on läätsede ja optilise pulga vahel pilu, mitte külgsein. Iga objektiiv võtab valgust oma telje suhtes nurga all ja peegeldab seda teisel küljel sama nurga all. Tulemuseks on pilt poole silma raadiuses, mis asub optiliste pulgade otstes. Seda tüüpi silmsidet leidub tavaliselt öistes putukates, kuna see võib luua pilte 1000 korda heledam kui sarnased silmapiiril olevad silmad. See vähendab eraldusvõimet. Paraboolses silmas, superpositsioonis (leidub lülijalgsetes, nagu näiteks kärbsed), koondavad iga tahu sisekülje paraboolsed pinnad valguse reflektorist anduri maatriksisse. Pikkade kehadega koorikloomad, näiteks krevetid, vähid ja homaarid, ainsad, millel on peal asetsevad peegeldavad silmad ja millel on ka läbipaistev vahe, kuid mille läätsede asemel kasutatakse peegeldavaid peegleid.
Seda tüüpi silm murrab valgust ja fokuseerib seejärel pildi paraboolsete peeglite abil. See ühendab nii tavalise kui ka silmade superpositsiooni omadused.
Headel lendavatel putukatel, näiteks kärbestel või mesilastel, on tuhmunud aladel spetsiaalsed ommatidiatsoonid, mis tagavad terava nägemise. Nendes piirkondades on silmad lamestatud ja servad suured. Lamestamine võimaldab rohkem ommatidiat valgust saada ja suurendab seetõttu laienemist. Must laik, mida mõne putuka keerukatel silmadel võib näha, näib alati vaatleja poole suunatud ja seda nimetatakse valeõpilaseks. See juhtub seetõttu, et ommatidiad, mis vaatavad ette (piki oma optilist telge), neelavad valgust, teised aga peegeldavad seda.
Eespool nimetatud tüüpidest on teatud erandid. Mõnel putukal on nn ühe läätsega ühendisilmad. See on vahepealne tüüp, mis asub kuskil mitme läätsega superpositsioonisilma ja ühe läätsega silma vahel, mis asuvad lihtsate silmadega loomadel. On ka krevette, millel on ülitugevad silmapeegeldused. Samal ajal on nende taga üks tahk, mille läbimõõt on kolm korda suurem. Selle taga on kristalne koonus. See projitseerib vertikaalse pildi spetsiaalsele võrkkestale. Selle tulemusel on silm lihtsate ja keerukate silmade kombinatsioon..
Teine võimalus on tavalise kärbsepüüdja silm. Selle tüübi puhul koosneb silm arvukate silmade klastrist pea külgedel, mis on paigutatud nii, et tundub, et tegemist on tõeliselt keeruka silmaga.
Mõnede Ofiori keha on kaetud ommatidiaga, mis muudab nende naha keerukaks silmaks. Seda täheldatakse ka mõnes tuunikas. Mõned merisiilid sisaldavad fotoretseptori valke, mis koos toimivad silmana. Neil puuduvad visuaalse tajumise jaoks pigmendid, kuid nad suudavad kindlaks teha valguse suuna varjust, mille nende läbipaistmatu keha heidab.
Horisontaalses osas paiknev tsiliaarkeha on kolmnurkne ja kaetud kahekordse tsiliaarse epiteeliga. Sisekiht on läbipaistev, katab klaaskeha ja on võrkkesta närvikoest pidev. Väline kiht on tugevalt pigmenteerunud ja sulanud võrkkesta pigmendi epiteeliga. See moodustab laieneva lihase rakud.
Klaaskeha on läbipaistev, värvitu želeesarnane mass, mis täidab ruumi silma läätsede ja silma tagumise osa võrkkesta vahel. Seda toodavad võrkkesta teatud rakud. Oma koostiselt sarnaneb see sarvkestaga, kuid sisaldab väga vähe rakke (peamiselt fagotsüüdid, mis eemaldavad vaateväljast soovimatud surnud naharakud, samuti klaaskeha pinnale hüalotsüüdid, mis töötlevad hüaluroonhapet). Samuti ei ole sellel veresooni ja 98–99% ulatuses koosneb see veest (võrdluseks sarvkesta 75%) sooladest, suhkrutest ja vitrosiinist (kollageen), 2. tüüpi kollageenikiudude kompleksist koos mukopolüsahhariidhüaluroonhappega ja ka lai valik valke väikestes kogustes. On hämmastav, et selline nõrgalt kõva materjal hoiab teie silma tihedalt kinni.
Seos elutingimustega
Silmad on tavaliselt kohandatud keha keskkonna ja elutingimustega. Näiteks vastab fotoretseptorite jaotus reeglina alale, kus on vaja kõige suuremat nägemisteravust. Seega on horisonti vaatlevatel organismidel, näiteks Aafrika tasandikel elavatel organismidel, kõrge tihedusega ganglioni horisontaaljoon. Puudes elavad loomad vajavad head terviklikku nägemist, mis viib ganglionide sümmeetrilise jaotumiseni nägemisteravuse vähenemisega keskelt servadele.
Muidugi ei saa enamik silmi sfäärilisest kujust kõrvale kalduda, nii et neis võib muutuda ainult optiliste retseptorite tihedus. Keerukate silmadega organismide puhul on tegemist ommatidia, mitte ganglionide arvuga, mis tähistab suure kogumisega andmeid.
Superpositsiooni optilised silmad on piiratud keraga, kuid keeruka silma muud vormid võivad deformeeruda kujuks, kus asub rohkem ommatidiaid, näiteks horisonti, muutmata nende tihedust ja suurust. Horisonti jälgivate organismide silmadel on jalad, nii et nad saavad horisondi korral hõlpsasti kohaneda, kui see on kallutatud, näiteks kui loom on kallakul. Selle kontseptsiooni laiendus on see, et kiskjate silmadel on tavaliselt keskel väga terava nägemisega alad, mis aitavad röövloomi tuvastada. Süvamereorganismides ei pruugi olla laienenud silmakeskust. Hüperiidsed ampifodod on süvamere loomad ja toituvad nende kohal olevatest organismidest. Nende silmad on peaaegu ülaosaga jagatud kaheks, mida usutakse kasutavat potentsiaalsete röövloomade või röövloomade siluettide määramiseks nende pea kohal oleva hämara valguse taustal. Sellest lähtuvalt on süvamere hüperiididel, kus valgus, millega siluette tuleks võrrelda, hämar, neil on suured "ülemised silmad" ja need võivad kaotada kõigi silmade alumise osa. Taju sügavust saab parandada silmade tõttu, mis on suurendatud ühes suunas; silma väike moonutus võimaldab teil suure täpsusega määrata kauguse objektist.
Nägemisteravus on kõrgem õhus paarituvate isasorganismide seas, kuna neil tuleb osata potentsiaalseid partnereid väga suure fooni taustal tuvastada ja hinnata. Teisest küljest kipuvad hämaras, näiteks koidiku, hämaruse või sügava vee korral aktiivsete organismide silmad suurenema, et tajutavat valgust suurendada.
Sõltuvalt elutingimustest võib mõjutada mitte ainult silma kuju. Silmad võivad olla keha kõige nähtavam osa ja see võib avalduda läbipaistvamate silmade juuresolekul..
Parema laiaulatusliku nägemise tagamiseks saab silmad asetada jalgadele, tõstes need keha kaitsekesta kohal. See võimaldab teil jälgida ka kiskjaid või jahti ilma pead pööramata..
Nägemisteravus
Nägemisteravus või eraldusvõime on „võime eristada väikseid detaile”; see on koonusrakkude omadus. Sageli mõõdetakse nägemisteravust tsüklitena kraadi kohta, mis vastavad eraldusnurgale või sellele, mitu korda suudab silm teatud nähtavuse nurga all ühte objekti teisest eristada. Eraldusvõimet tsüklites kraadi kohta saab mõõta erineva arvu valge / musta tsükli vaheldumiste histogrammide abil. Näiteks kui iga proov on 1,75 cm lai ja asub silmadest 1 meetri kaugusel, moodustub 1 kraadine nurk, nii et proovil olevate valgete / mustade paaride arvu mõõdetakse tsüklitena ühe proovi kraadi kohta. Suurim summa, mida silm võib triipudena lahendada või hallidest plokkidest eristada, on nägemisteravuse mõõt.
Suurepärase nägemisteravusega inimsilma jaoks on teoreetiliselt maksimaalne võimalik eraldusvõime 50 tsüklit kraadi kohta (1,2 kaareminuti reapaari kohta või 0,35 mm joonpaari 1 m kohta). Rotid võimaldavad umbes 1 kuni 2 tsüklit kraadi kohta. Hobusel on suurema nähtavuse tõttu kõrgem nägemisteravus, kuid samal ajal ei vasta see inimese silma keskosa rinnaosa kõrgele nägemisteravusele.
Sfääriline aberratsioon piirab eraldusvõime pupilli 7 mm-st kuni 3 mm-ni ühe reapaari kohta. Õpilase läbimõõduga 3 mm väheneb sfääriline aberratsioon märkimisväärselt, mille tulemuseks on parem eraldusvõime - umbes 1,7 akrmiini reapaari kohta. Eraldusvõime - 2 erinti rea kohta paaris, mis võrdub ühe optiivi korduva tühimikuga, mis vastab inimesele 20/20 (normaalne nägemine).
Kuid keerulises silmas on eraldusvõime seotud individuaalse ommatidia suuruse ja külgneva ommatidia vahelise kaugusega. Füüsiliselt ei saa nägemisteravuse saavutamiseks nende suurust vähendada nagu imetajate ühe läätse silmades. Liitsilmadel on nägemisteravus palju väiksem kui imetajate silmadel..
Värvitaju
Kromaatiline nägemine on keha võime eristada valgust erinevatest spektraalomadustest. Kõik organismid on piiratud ja neil on väike elektromagnetilise spektri ulatus. See erineb erinevates organismides, kuid on peamiselt lainete vahel, mille pikkus on 400–700 nm. See on üsna väike osa elektromagnetilisest spektrist, mida võib seletada elundi veealuse arenguga: vesi blokeerib kõik, välja arvatud kaks väikest elektromagnetilise spektri "akent", ja selle vahemiku laiendamiseks maismaaloomade seas evolutsioonirõhku ei olnud..
Kõige tundlikum pigment, rodopsiin, on kõige tundlikum lainepikkusel 500 nm. Selle valgu geenide kodeerimise väikesed muudatused võivad maksimaalset tundlikkust korrigeerida mõne nanomeetri võrra. Objektiivides olevad pigmendid võivad filtreerida ka sissetulevat valgust, muutes maksimaalset tundlikkust. Paljud organismid ei suuda värve eristada, kuid näevad samal ajal halli varjundit. Värviline nägemine nõuab pigmendirakkude komplekti, mis on ennekõike tundlikud spektri väiksemate vahemike suhtes. Primaatides, gekodes ja muudes organismides esinevad nad koonuserakkude kujul, millest on arenenud tundlikumad, varrastest sarnased. Isegi kui need organismid on füüsiliselt võimelised eristama erinevaid värve, ei tähenda see tingimata, et nad suudaksid neid tajuda. Seda saab kindlaks teha ainult käitumistestide abil..
Enamik värvinägemisega organisme suudab ultraviolettvalgust ära tunda. See kiirgus võib olla retseptorirakkudele kahjulik. Haruldaste eranditega (maod, platsentaimetajad) väldib enamik organisme selle mõju, absorbeerides koonuserakkude ümber õlipiiska. Teised organismid, millel puudub evolutsiooni käigus alternatiivina õlipiiskade mehhanism, on muutnud läätsed UV-kiirguse suhtes immuunseks - see ei välista UV-kiirguse tuvastamise võimalust, kuna see ei ulatu võrkkestale.
Pulgad ja koonused
Võrkkest koosneb kahte tüüpi valgustundlikest fotoretseptori rakkudest, mida kasutatakse visuaalse tajumise jaoks: vardad ja koonused.
Pulgad ei suuda värve eristada, kuid vastutavad tuima (skotoopilise) ühevärvilise (mustvalge) visuaalse tajumise eest. Need toimivad hämaruses hästi, kuna sisaldavad pigmenti - rodopsiini (visuaalselt lilla), mis on tundlik madala valguse intensiivsuse suhtes, kuid on suure (fotoopilise) intensiivsuse korral alla surutud. Pulgad jaotatakse kogu võrkkestas, kuid need ei paikne keskses fossa ega pimedas. Kõige suurem varraste varisemine toimub võrkkesta perifeerses tsoonis ja väikseim - võrkkesta keskel.
Koonused vastutavad värvide nägemise eest. Võrreldes söögipulkadega vajavad nad funktsioneerimiseks rohkem pimestamist. Inimestel on koonuseid kolme tüüpi: kõige tundlikumad pika-, keskmise- ja lühilainevalguse suhtes (neid nimetatakse vastavalt vastavalt punaseks, roheliseks ja siniseks, ehkki tundlikkuse piigid ei asu tegelikult nendes värvides). Värv on nende kolme tüüpi rakkude stimulatsiooni ja reageerimise kombineeritud mõju. Koonused on koondunud peamiselt fossa keskossa ja selle lähedusse. Ainult mõned asuvad võrkkesta külgedel. Objekte nähakse teravaimana kõige teravamalt, kui nende pilt langeb võrkkestale, samuti otse objektile vaadates. Vardad ja koonused on võrkkesta vahepealsete rakkude kaudu ühendatud nägemisnärvi närvikiududega. Kui vardad ja koonused on valguse poolt stimuleeritud, ühenduvad nad võrkkesta naaberrakkudega, et saata nägemisnärvi kiududele elektrisignaal. Selle tulemusel saadavad nägemisnärvid nende kiudude kaudu ajule impulsse..
Pigmentatsioon
Silmades kasutatavad pigmendi molekulid on erinevad. Neid saab kasutada erinevate rühmade evolutsiooniliste erinevuste kindlaksmääramiseks. Need võimaldavad teil ka kindlaks teha, millised neist on kõige rohkem seotud - ehkki lähenemisprobleemid on olemas.
Opsiinid on pigmendid, mis on seotud valguse tajumisega. Teisi pigmente, näiteks melaniini, kasutatakse fotoretseptori rakkude kaitsmiseks külgedelt siseneva valguse eest. Opsiinivalkude rühm arenes välja ammu enne viimast ühist loomade esivanemad ja aja jooksul jätkub mitmekesistumine..
Visuaalses tajumises osalevad kahte tüüpi opsiinid: tsiliaarset tüüpi fotoretseptorirakkudega seotud c-opsiinid; r-opsiinid, mis on seotud rabdomüürse tüüpi fotoretseptori rakkudega. Selgroogsed silmad sisaldavad tavaliselt c-opsiinidega varjatud rakke, selgrootud (kahepoolsed) aga r-opsiinidega rabdomüürilisi rakke. Mõnel selgroolüli ganglionirakul on aga r-opsiinid. Eeldatakse, et nende esivanemad kasutasid seda pigmenti visuaalsel tajumisel ja seetõttu jäi see neile silma. C-opsiine leidub ka mõnede selgrootute ajudes. Neid võis ekspresseerida vastsete silmade koondunud rakkudes, mida aju imendas seejärel täiskasvanule metamorfoosi staadiumis. C-opiine leidub ka kahepoolsete selgrootute derivaatide, näiteks kahepoolmeliste karploomade mantlisilmade silmis. Kuid r-opsine kasutatakse alati külgmistes silmades (mis olid väidetavalt selle rühma pärilik tüüp, kui silmad arenesid seal kunagi). Soolestikus, mis on ülaltoodud taksoni juurrühm, on c-opiine, kuid tuvastada saab ka r-opiine. Muide, melaniini toodetakse soolestikus samamoodi nagu selgroogsetel, seetõttu eeldatakse, et selle pigmendi ühine päritolu.