Мухи — зрение мухи и почему ее трудно убить. Тайны насекомых: сколько глаз у обыкновенной мухи

Глаз насекомого при большом увеличении похож на мелкую решетку.

Это потому, что глаз насекомого состоит из множества маленьких "глазков"-фасеток. Глаза насекомых называют фасеточными . Крошечный глазок-фасетка называется омматидий . Омматидий имеет вид длинного узкого конуса, основание которого - линза, имеющая вид шестигранника. Отсюда и название фасеточного глаза: facette в переводе с французского означает "грань" .

Пучок омматидиев составляет сложный, круглый, глаз насекомого.

Каждый омматидий имеет очень ограниченное поле зрения: угол обзора омматидиев в центральной части глаза - всего около 1°, а по краям глаза - до 3°. Омматидий «видит» только тот крошечный участок находящегося перед глазами предмета, на который он "нацелен", то есть куда направлено продолжение его оси. Но так как омматидии тесно прилегают друг к другу, а их оси в круглом глазу расходятся лучеобразно, то весь сложный глаз охватывает предмет в целом. Причём изображение предмета получается в нем мозаичным, то есть составленным из отдельных кусочков.

Число омматидиев в глазу у разных насекомых различно. У рабочего муравья в глазу всего около 100 омматидиев, у комнатной мухи - около 4000, у рабочей пчелы - 5000, у бабочек - до 17 000, а у стрекоз - до 30 000! Таким образом, у муравья зрение весьма посредственное, тогда как огромные глаза стрекозы - два радужных полушария - обеспечивают максимальное поле зрения.

Из-за того, что оптические оси омматидиев расходятся под углами 1-6°, четкость изображения насекомых не очень высока: мелких деталей они не различают. Кроме того, большинство насекомых близоруки: видят окружающие предметы на расстоянии лишь нескольких метров. Зато фасеточные глаза отлично умеют различать мелькания (мигания) света с частотой до 250–300 герц (для человека предельная частота около 50 герц). Глаза насекомых способны определять интенсивность светового потока (яркость), а кроме того, они обладают уникальной способностью: умеют определять плоскость поляризации света. Эта способность помогает им ориентироваться, когда солнца не видно на небосклоне .

Насекомые различают цвета, но совсем не так, как мы. Например, пчелы «не знают» красного цвета и не отличают его от чёрного, но зато воспринимают невидимые для нас ультрафиолетовые лучи, которые расположены на противоположном конце спектра . Ультрафиолет различают также некоторые бабочки, муравьи и другие насекомые. Кстати, именно слепостью насекомых-опылителей нашей полосы к красному цвету объясняется любопытный факт, что среди нашей дикорастущей флоры нет растений с алыми цветками.

Свет, идущий от солнца, не поляризован, то есть его фотоны имеют произвольную ориентацию. Однако, проходя через атмосферу, свет поляризуется в результате рассеивания молекулами воздуха, и при этом плоскость его поляризации всегда направлена на солнце

Кстати...

Кроме фасеточных глаз у насекомых есть еще три простых глазка диаметром 0,03-0,5 мм, которые располагаются в виде треугольника на лобно-теменной поверхности головы. Эти глазки не приспособлены для различения объектов и нужны для совсем другой цели. Они измеряют усредненный уровень освещенности, который при обработке зрительных сигналов используется в качестве точки отсчета («ноль-сигнала»). Если заклеить насекомому эти глазки, оно сохраняет способность к пространственной ориентации, но летать сможет только при более ярком свете, чем обычно. Причина этого в том, что заклеенные глазки принимают за «средний уровень» черное поле и тем самым задают фасеточным глазам более широкий диапазон освещенности, а это, соответственно, снижает их чувствительность.

Мозг мухи вряд ли больше, чем отверстие в швейной иголке. Но муха, обладая таким мозгом, умудряется обработать более ста статических изображений (кадров) в секунду. Как известно, у человека предел - примерно 25 кадров в секунду. А муха нашла более простой и эффективный способ обработки изображений. И это не могло не заинтересовать исследователей в области робототехники.

Обнаружено, что мухи обрабатывают 100 кадров в секунду. И это позволяет им во время полета обнаружить препятствие в течение нескольких миллисекунд (миллисекунда – это одна тысячная секунды). В частности, исследователи сфокусировали своё внимание на оптических потоках, которые они назвали "оптические полевые потоки ". Похоже на то, что это оптическое поле обрабатывается только первым слоем нейронов. Они обрабатывают “грубый” исходный сигнал от каждого мушиного “пикселя” . И пересылают обработанную информацию на следующий слой нейронов. И, как утверждают исследователи, этих вторичных нейронов всего лишь 60 штук в каждом полушарии мушиного мозга. Тем не менее, мушиному мозгу удаётся уменьшить или раздробить поле зрения на множество протекающих последовательно “векторов движения”, которые дают мухе вектор направления движения и “мгновенную” скорость. И что интересно, то, что муха это всё видит!

Мы, люди (и не все), знаем что такое вектор и мгновенная скорость. А муха об этих вещах, естественно, не имеет никакого понятия. И таким способностям мозга мухи обрабатывать огромное количество информации можно только позавидовать. А почему мы видим всего лишь примерно 50 кадров в секунду, а муха 100? Трудно сказать, но есть разумные предположения на этот счёт. Как взлетает муха? Почти “мгновенно”, с огромным ускорением. Мы такую перегрузку врадли бы выдержали. Но можно создать роботизированный мозг, который по скорости обработки информационных потоков не уступит мозгу мухи.

Чтобы попытаться понять, как крошечный мушиный мозг может обрабатывать такое огромный поток информации, исследователи в Мюнхене создали “симулятор полета” для мухи. Муха могла летать, но удерживалось на привязи. Электроды регистрировали реакцию клеток мозга мухи. А исследователи пытались понять, что же происходит в мозге мухи во время полёта.

Первые результаты очевидны. Мухи обрабатывают изображения от их неподвижных глаз совсем не так, как это делает человек. При перемещении мухи в пространстве, в ее мозге формируются “оптические полевые потоки” (optical flux fields), которые и дают мухе направление движения.

Как бы это видел человек? Например, при движении вперёд, окружающие объекты мгновенно бы разбегались по сторонам. А объекты в поле зрения казались бы большими, чем они есть на самом деле. И казалось бы, что ближайшие и удалённые объекты перемещаются по-разному.

Скорость и направление, с которыми объекты мелькают перед мушиными глазами, генерируют типичные шаблоны векторов движения – полевые потоки. Которые на втором этапе обработки изображения достигают так называемой "lobula plate" – центра зрения более высокого уровня. В каждом полушарии мозга мухи есть всего лишь 60 нервных клеток, ответственных за зрение. Каждая из этих нервных клеток реагирует только на сигнал с определенной интенсивностью.

Но для анализа оптических потоков важна информация, поступающая от двух глаз одновременно. Эту связь обеспечивают особые нейроны, называемые “VS cells”. Они и позволяют мухе точно оценить своё местоположение в пространстве и скорость полёта. Похоже на то, что “VS cells” ответственны за распознавание и реакцию на вращающий момент, действующий на муху во время её манёвров в полёте.

Исследователи в области робототехники работают над тем, чтобы разработать роботов, которые могут наблюдать окружающую среду при помощи цифровых камер, изучать то, что они видят и адекватно реагировать на изменение текущей ситуации. И эффективно и безопасно общаться и взаимодействовать с людьми.

Например, уже ведутся разработки маленького летающего робота, положение и скорость полёта которого будет контролироваться при помощи компьютерной системы, имитирующей зрение мухи.

Способность видеть окружающий мир во всем спектре его цветов и оттенков - уникальный дар природы человеку. Мир красок, который способны воспринимать наши глаза, яркий и удивительный. Но человек не единственное живое существо на этой планете. Животные и насекомые также видят предметы, цвета, ночные очертания? Как видят мухи или пчелы нашу комнату, к примеру, или цветок?

Глаза насекомого

Современная наука с помощью специальных приборов сумела увидеть мир глазами разных животных. Это открытие стало сенсацией в свое время. Оказывается, многие братья наши меньшие, а особенно насекомые, видят совсем не ту картинку, которую наблюдаем мы. Видят ли мухи вообще? Да, но совсем не так, и получается, что мы и мухи, да и другие летающие и ползающие, живем вроде в одном мире, но совсем непохожем.

Все дело в У насекомых он не один или, вернее, не совсем один. Глаз насекомого - это собранные воедино тысячи или фасеток, или омматидий. Выглядят они как конусные линзы. Каждый такой омматидий видит разную, только ему доступную часть картинки. Как видят мухи? Изображение, которое они наблюдают, похоже на картинку, собранную из мозаики, или пазл.

Острота зрения насекомых зависит от количества омматидий. Самая зрячая - стрекоза, у нее омматидий - аж около 30 тысяч. Бабочки тоже зрячие - около 17 тысяч, для сравнения: у мухи - 4 тысяч, у пчелы - 5. Самый слабовидящий - муравей, его глаз вмещает всего 100 фасеток.

Круговая оборона

Еще одна способность насекомых, отличительная от человеческой, - возможность кругового обзора. Глаз-линза способен видеть все на 360 о. Среди млекопитающих самый большой угол зрения у зайца - 180 о. Поэтому он и прозван косым, а что делать, если врагов столько. Лев вот врагов не боится, и глаза у него рассматривают меньше 30 о горизонта. У маленьких насекомых природа компенсировала нехватку роста способностью видеть всех, кто к ним подкрадывается. Чем еще отличается зрительное восприятие насекомых, так это быстротой смены картинки. За время быстрого полета они успевают заметить все, что люди на такой скорости лицезреть не могут. Например, как видят мухи телевизор? Если бы наш глаз был таким, как у мухи или пчелы, крутить пленку нужно было бы в десять раз быстрее. Поймать муху сзади практически нереально, она видит взмах руки быстрее, чем он происходит. Человек кажется насекомым медлительной черепахой, а черепаха - вообще неподвижным камнем.

Цвета радуги

Практически все насекомые - дальтоники. Цвета они различают, но по-своему. Интересно, что глаза насекомых и даже некоторых млекопитающих не воспринимают красный цвет совсем или видят его как синий, фиолетовый. Для пчелы красные цветы выглядят черными. Растения, которым нужно опыление пчел, не цветут красным. Большинство ярких цветов алые, розовые, оранжевые, бордовые, но не красные. Те редкие, которые позволяют себе красный наряд, опыляются другим образом. Вот такая взаимосвязь в природе. Трудно представить, каким образом удалось ученым выяснить, как видят мухи расцветку комнаты, но оказывается, что любимым их цветом является желтый, а голубой и зеленый их раздражает. Вот так вот. Чтобы в кухне было мух меньше, просто нужно ее правильно покрасить.

Видят ли мухи в темноте?

Мухи, как большинство летающих насекомых, ночью спят. Да-да, им тоже нужен сон. Если муху постоянно сгонять и не давать ей спать на протяжении трех суток, она умирает. Мухи видят в темноте плохо. Это насекомые с круглыми глазами, но близорукие. Им не нужны глаза для поиска пищи.

В отличие от мух рабочие пчелы видят ночью хорошо, что позволяет им работать и в ночную смену тоже. Ночью цветы благоухают резче и соперников на нектар меньше.

Хорошо видят ночью но несомненным лидером по зрению в темноте признан американский таракан.

Форма предмета

Интересно восприятие формы предмета разными насекомыми. Специфика в том, что они могут совсем не воспринимать простые формы, которые не нужны для их жизнеспособности. Пчелы, бабочки не видят предметов простых форм, особенно неподвижных, зато их привлекает все, что имеет сложные формы цветов, особенно если они движутся, колышутся. Этим объясняется, в частности, и то, что пчелы и осы редко жалят стоящего неподвижно человека, а если и жалят, то в область губ, когда он разговаривает (движет губами). Мухи и некоторые другие насекомые человека не воспринимают, садятся они на него просто в поисках еды, которую ищут по запаху и видят датчиками на лапах.

Общие особенности зрения насекомых

• Красный цвет способны различить только бабочки - они и опыляют редкие цветы такой гаммы.
• Строение глаза у всех фасеточное, разница - в количестве омматидий.
• Трихромазия, или способность преображать цвета в три основных: фиолетовый, зеленый и ультрафиолетовый.
• Способность переламывать и отражать световые лучи и видеть картинку окружающей действительности целиком.
• Способность рассматривать картинки, которые меняются очень быстро.
• Насекомые умеют ориентироваться по солнечному свету, поэтому ночные бабочки слетаются к лампе.
• Бинокулярное зрение помогает хищникам в мире насекомых точно определять расстояния до своей жертвы.

Все люди знают, что поймать или прихлопнуть муху очень сложно: она очень хорошо видит и моментально реагирует на любые движения, взлетая вверх. Разгадка кроется в уникальном зрении этого насекомого. Ответ на вопрос о том, сколько глаз у мухи, поможет понять причину ее неуловимости.

Устройство зрительных органов

Домашняя или обыкновенная муха имеет черно-серый окрас туловища длиной до 1 см и немного желтоватое брюшко, 2 пары серых крыльев и голову с большими глазами. Она относится к самым древним жителям планеты, о чем свидетельствуют данные археологов, обнаруживших экземпляры, датируемые 145 млн. лет.

При рассмотрении головы мухи под микроскопом можно увидеть, что у нее очень оригинальные объемные глаза, расположенные с двух сторон. Как видно на фото глаз мухи, они похожи визуально на мозаику, составленную из 6-гранных структурных единиц, которые называют фасетками или омматидиями, похожими на строение медовых сот. В переводе с французского слово «fasette» означает грани. Благодаря этому глаза называют фасеточными.

Как понять, что видит муха по сравнению с человеком, у которого зрение является бинокулярным, т. е. составляется из двух картинок, которые видят 2 глаза? У насекомых зрительный аппарат устроен более сложно: каждый глаз состоит из 4 тыс. фасеток, показывающих небольшую часть видимого изображения. Поэтому формирование общей картины внешнего мира у них происходит по принципу «сбора пазлов», что позволяет говорить об уникальности строения мозга мух, способного обрабатывать более 100 кадров изображений в секунду.

На заметку!

Фасеточное зрение есть не только у мух, но и у других насекомых: у пчел имеется 5 тыс. фасеток, у бабочек – 17 тыс., у рекордсменов стрекоз – до 30 тыс. омматидий.

Как видит муха

Такое устройство зрительных органов не дает возможности концентрироваться мухе на определенном предмете или объекте, а показывает общую картину всего окружающего пространства, что позволяет быстро заметить опасность. Угол обзора каждого глаза составляет 180°, что вместе составляет 360°, т. е. тип зрения является панорамным.

Благодаря такой структуре глаз, муха прекрасно обозревает все вокруг, в т. ч. видит человека, который пытается подкрасться сзади. Контроль за всем окружающим пространством обеспечивает ей 100% оборону от всех неприятностей, в т. ч. и от людей, собирающихся .

Кроме 2-х основных, у мух есть еще 3 обычных глаза, расположенных на лбу в промежутках между фасеточными. Эти органы позволяют им рассматривать близлежащие объекты более четко для распознавания и мгновенной реакции.

Интересно!

Суммируя все данные, можно констатировать, что зрение мухи представлено 5-ю глазами: 2 фасеточных – для контроля за окружающим пространством и 3 простых – для наведения резкости и распознавания объектов.

Особенности зрительных способностей мух

Зрение у мухи обыкновенной имеет еще множество интересных особенностей:

• основные цвета и их оттенки мухи различают прекрасно, к тому же они способны отличать и ультрафиолетовые лучи;
• они совершенно ничего не видят в темноте и потому ночью спят;
• однако некоторые цвета из всей палитры они улавливают немного иначе, потому условно их считают дальтониками;
• фасеточное устройство глаз позволяет фиксировать одновременно все вверху, внизу, слева, справа и впереди и дает возможность быстро отреагировать на приближающуюся опасность;
• глаза мухи различают только мелкие предметы, к примеру, приближение руки, но крупную фигуру человека или мебель в помещении не воспринимают;
• у самцов фасеточные глаза расположены ближе друг к другу по сравнению с самками, имеющими более широкий лоб;

Интересно!

Об остроте зрения свидетельствует и факт, сколько кадров в секунду видит муха. Для сравнения точные цифры: человек воспринимает только 16, а муха – 250-300 кадров в секунду, что помогает ей прекрасно ориентироваться при быстрой скорости в полете.

Мерцательные характеристики

Существует показатель зрительных способностей, который связан с частотой мерцания изображения, т. е. самой ее низкой границей, при которой свет фиксируется как постоянный источник освещения. Называется он CFF - critical flicker-fusion frequency. Его значение показывает то, насколько быстро глаза у животного способны обновлять изображение и обрабатывать зрительную информацию.

Человек способен улавливать частоту мерцания 60 Гц, т. е. обновление изображения 60 раз в сек., которой придерживаются при показе визуальной информации на телевизионном экране. Для млекопитающих (собак, кошек) это критическое значение равно 80 Гц, из-за чего им обычно не нравится просмотр телепередач.

Чем выше значение частоты мерцания, тем больше биологических преимуществ имеет животное. Поэтому для насекомых, у которых данное значение достигает 250 Гц, это проявляется в возможности более быстрой реакции на опасность. Ведь для человека, приближающегося к «добыче» с газетой в руках с намерением ее убить, движение кажется быстрым, но уникальное строение глаза позволяет ей улавливать даже мгновенные перемещения как бы в замедленном темпе.

По данным биолога К. Гили, такая высокая критическая частота мерцания у мух обусловлена их малыми размерами и быстрым обменом веществ.

Интересно!

Различие показателя CFF для различных видов позвоночных животных выглядит так: самый маленький 14 Гц – у угрей и черепах, 45 – у рептилий, по 60 – у людей и акул, у птиц и собак – 80, у сусликов – 120.

Приведенный анализ зрительных способностей позволяет понять, что мир глазами мухи выглядит как сложная система большого числа картинок по аналогии с небольшими видеокамерами, каждая из них передает насекомому информацию о небольшой части окружающего пространства. Собранное воедино изображение позволяет одним взглядом держать визуальную «круговую оборону» и мгновенно реагировать на приближение врагов. Исследования ученых таких зрительных способностей насекомых позволили заниматься разработками летающих роботов, у которых компьютерные системы контролируют положение в полете, имитируя зрение мух.