Глаз

Эволюцию глаза как продукта приспособительного эволюционного развития можно проследить, сравнивая светочувствительные органы животных, стоящих на разных ступенях эволюционной лестницы. Светочувствительным пятном — глазком — обладают некоторые простейшие (жгутиконосцы). Светочувствительные клетки впервые появляются у кишечнополостных и червей. Сначала они рассеяны в поверхностных тканях, затем, по мере усложнения организмов, собираются в скопления, как правило, на переднем конце тела (у животных с билатеральной симметрией), и, наконец, образуют сетчатку. Постепенно светочувствительные клетки «обрастают» сервисными структурами: появляется оптика, фокусирующая изображение на светочувствительных клетках; экранирующий пигмент, снижающий рассеяние света; защитные оболочки; система мышц, обеспечивающих движение, и т. д. — образуется собственно глаз, формирующий изображение. Такие глаза уже более 500 млн. лет назад были у миног и гетеростраков (вымерших бесчелюстных), живших на морском мелководье.

Устройство глаз камерного типа обычно сравнивают с устройством фотоаппарата или видеокамеры с автоматической системой слежения, автоматически подстраивающейся к уровню освещения (зрачковая реакция, адаптация), самофокусирующейся (аккомодация), с самоочищающейся линзой (веки, слезные железы). У позвоночных глаза парные, расположены в орбитах черепа и приводятся в движение тремя парами мышц, обеспечивающих совместные движения глаз — прослеживание, вергенцию (дивергенция — разведение и конвергенция — сведение оптических осей), фиксацию и т. д. У некоторых животных глаза могут двигаться и независимо (хамелеон, морской конек). У человека и наземных позвоночных формирование изображения на сетчатке происходит при помощи роговицы и хрусталика. Роговица играет основную роль в преломлении света в глазу. Хрусталик, имеющий у человека и наземных позвоночных форму двояковыпуклой линзы, кривизна которой может изменяться, благодаря работе цилиарного аппарата (см. Цилиарное тело), осуществляет аккомодацию, т. е. приспособление к четкому видению различно удаленных предметов.

Эволюция органов зрения у насекомых, ракообразных и некоторых других беспозвоночных пошла по другому пути — сформировались фасеточные глаза. Фасеточные глаза представляют собой растровую оптическую систему, в которой в отличие от глаза камерного типа нет единой сетчатки, рецепторы собраны в маленькие (по 4-9) отдельные группы (ретинулы), образуя не вогнутый, а выпуклый слой рецепторов. Кроме рецепторов, ретинула не содержит никаких нервных элементов. Каждая ретинула обслуживается отдельным диоптрическим аппаратом и образует вместе с ним единицу сложного глаза — омматидий.

Фоторецепторная мембрана в фасеточных глазах уложена не складками, а трубочками (так называемые микровиллы, или микроворсинки), и поэтому обладает чувствительностью к поляризованному свету. Понятия аккомодации, близорукости или дальнозоркости не приложимы к фасеточному глазу.

У беспозвоночных животных, кроме парных сложных глаз, расположенных на переднем конце туловища, существуют еще простые глазки. Так, глазки, расположенные на хвосте у мечехвоста, способны отличать день от ночи. В ночное время они посылают в мозг сигналы, корректирующие циркадный (суточный) ритм, в результате чего из мозга к сложным глазам поступает сигнал, усиливающий их чувствительность к свету в 1000000 раз.

У некоторых рыб, амфибий и рептилий есть еще непарный теменной глаз, который не обладает предметным зрением, а лишь различает свет-тьму и, возможно, направление света. Сетчатка теменного глаза состоит только из рецепторов и ганглиозных клеток. Возможно, его роль состоит в коррекции часов циркадного ритма.

Новейшими генетическими исследованиями показано, что стратегия развития глаз, их положение на переднем конце тела определяется специальными генами, которые гомологичны у позвоночных и беспозвоночных животных.

Глаз водного животного отличается от глаза наземного тем, что роговица, играющая главную роль в преломлении света в глазу у наземных животных, в воде не работает как преломляющая свет среда, и фокусировка изображения на сетчатке происходит только при помощи хрусталика. Однако, если у человека хрусталик может изменять свою кривизну, то у рыб он круглый и плотный, и может подстраивать фокус, только двигаясь относительно сетчатки при помощи специальной мышцы. Глаз рыбы исходно настроен на резкое видение близких предметов и аккомодирует на далекие, отдаляя хрусталик от сетчатки. Так в природе осуществляется два возможных способа фокусировки.

Хотя роговица в воде и не участвует в фокусировке изображения, зато у многих видов рыб она работает как солнечные очки — окрашенная каротиноидными пигментами, она предохраняет сетчатку от слишком яркого света и ультрафиолета. Есть рыбы (восьмилинейный дальневосточный терпуг), у которого эти очки типа «хамелеон» — при ярком солнце роговица окрашена в желто-оранжевый цвет, а к вечеру обесцвечивается. Это происходит благодаря движению пигментов в специальных клетках роговицы.

Есть животные, живущие и на суше, и в воде. Это не только земноводные, но и некоторые рыбы (четырехглазка, илистый прыгунчик), пресмыкающиеся (крокодилы), птицы (пингвины, кайры, гагары) и млекопитающие (тюлени). В каждом случае имеются свои остроумные приспособления в конструкции глаз, позволяющие этим животным одинаково хорошо резко видеть под водой и на суше.

Автор: Е.И. Максимова