какое зрение у змеи
Какое зрение у змеи
У большинства змей зрение не отличается остротой. Глаз змеи прикрыт тонкой и прозрачной кожистой пленкой, образовавшейся из сросшихся век. Зрачок глаза у дневных змей круглый, а у сумеречных и ночных часто вытянут в вертикальную щель. Особую форму имеет он у плетевидных змей, более всего напоминая горизонтально расположенную замочную скважину.
Взгляд змея фокусирует, меняя форму хрусталика. Такое строение зрачка обеспечивает способность к бинокулярному зрению, при котором до 45° поля обзора охватывается сразу двумя глазами.
Большинство змей различают цвета, но контуры изображения расплываются. Змея главным образом реагирует на движущийся объект, да и то, если он рядом.
Устройство термолокаторов довольно сложное. Снаружи мы видим только одну широко открытую ямку. Но позади нее имеется под кожей другая, меньшая по размерам полость, отделенная от первой тонкой чувствительной мембраной. Сзади эта полость сообщается с внешней средой при помощи узкого канала. Канал выходит наружу маленьким отверстием перед самым глазом змеи и может замыкаться специальным кольцевым мускулом. Таким образом, давление воздуха в задней камере может выравниваться с атмосферным (при открытом канале) или же фиксируется (при закрытом канале) и тогда уже зависит от воздействия тепловых лучей на мембрану. В этом случае по изменению положения мембраны змея узнает о количестве тепловой (инфракрасной) радиации, попадающей в лицевую ямку.
Поскольку термолокаторный орган парный и расположен с обеих сторон головы, то змее нетрудно судить о том, в каком направлении и на каком расстоянии расположен предмет, излучающий тепло. Если в левую ямку попадает больше тепла, значит, источник тепла находится слева, а если в правую, — наоборот. Поворачивая голову, змея добивается того, что в обе ямки попадает равное количество тепла, — значит, источник тепла находится прямо перед ней. Расстояние до предмета змея определяет по тому углу, который образуют тепловые лучи, попадающие в левую и правую ямку (стереоэффект). Это происходит совершенно инстинктивно, так же как мы узнаем удаленность предметов, глядя на них обоими глазами.
Термолокаторы могут улавливать инфракрасные тепловые сигналы от теплых объектов в своем окружении. Змея в состоянии обнаружить изменения температуры всего на 0,002 ° по Цельсию.
Таким образом змеи обладают очень точным ‘инфракрасным зрением’, это позволяет им определять характеристики своей жертвы.
Например, гадюка имеет чувствительные к температуре клетки, благодаря которым она распознает различия в температурах между бегущей мышью и окружающей средой с точностью до милликельвинов.
Знаете ли вы?
Музыка и математика
Как говорит предание, однажды, проходя мимо кузницы, Пифагор был удивлен странным музыкальным соотношением звуков, производимых ударами кузнецов. Прислушавшись, он понял, что интервалы между тонами ударов соответствовали кварте, квинте и октаве.
Попросив молотки, он взвесил их, и оказалось. что веса молотков, дававших октаву, квинту и кварту, былн равны, соответственно, 1/2, 2/3 и 3/4 веса самого тяжелого молотка.
Великий ученый и не подозревал, что открытое им соотношение (правда, несколько уточненное) ляжет в основу теории музыки.
Инфракрасное зрение змей требует нелокальной обработки изображений
Органы, позволяющие змеям «видеть» тепловое излучение, дают крайне расплывчатое изображение. Тем не менее у змеи в мозгу формируется четкая тепловая картина окружающего мира. Немецкие исследователи выяснили, как такое может быть.
Некоторые виды змей обладают уникальной способностью улавливать тепловое излучение, позволяющей им «разглядывать» окружающий мир в абсолютной темноте. Правда, они «видят» тепловое излучение не глазами, а специальными чувствительными к теплу органами (см. рисунок).
Строение такого органа очень просто. Рядом с каждым глазом располагается отверстие диаметром около миллиметра, которое ведет в небольшую полость примерно такого же размера. На стенках полости расположена мембрана, содержащая матрицу из клеток-терморецепторов размером примерно 40 на 40 клеток. В отличие от палочек и колбочек сетчатки глаза, эти клетки реагируют не на «яркость света» тепловых лучей, а на локальную температуру мембраны.
Этот орган работает как камера-обскура, прототип фотоаппаратов. Мелкое теплокровное животное на холодном фоне испускает во все стороны «тепловые лучи» — далекое инфракрасное излучение с длиной волны примерно 10 микрон. Проходя через дырочку, эти лучи локально нагревают мембрану и создают «тепловое изображение». Благодаря высочайшей чувствительности клеток-рецепторов (детектируется разница температур в тысячные доли градуса Цельсия!) и неплохому угловому разрешению, змея может заметить мышь в абсолютной темноте с довольно большого расстояния.
С точки зрения физики как раз хорошее угловое разрешение и представляет собой загадку. Природа оптимизировала этот орган так, чтобы лучше «видеть» даже слабые источники тепла, то есть попросту увеличила размер входного отверстия — апертуры. Но чем больше апертура, тем более размытое получается изображение (речь идет, подчеркнем, про самое обычное отверстие, безо всяких линз). В ситуации со змеями, где апертура и глубина камеры примерно равны, изображение оказывается настолько размытым, что из него ничего, кроме «где-то поблизости есть теплокровное животное», извлечь нельзя. Тем не менее опыты со змеями показывают, что они могут определять направление на точечный источник тепла с точностью около 5 градусов! Как же змеям удается достичь столь высокого пространственного разрешения при таком ужасном качестве «инфракрасной оптики»?
Раз реальное «тепловое изображение», говорят авторы, сильно размыто, а «пространственная картина», возникающая у животного в мозгу, довольно четкая, значит существует некий промежуточный нейроаппарат на пути от рецепторов к мозгу, который как бы настраивает резкость изображения. Этот аппарат не должен быть слишком сложным, иначе змея очень долго «обдумывала» бы каждое полученное изображение и реагировала бы на стимулы с запаздыванием. Более того, по мнению авторов этот аппарат вряд ли использует многоступенчатые итеративные отображения, а является, скорее, каким-то быстрым одношаговым преобразователем, работающим по навсегда зашитой в нервную систему программе.
В своей работе исследователи доказали, что такая процедура возможна и вполне реальна. Они провели математическое моделирование того, как возникает «тепловое изображение», и разработали оптимальный алгоритм многократного улучшения его четкости, окрестив его «виртуальной линзой».
Несмотря на громкое название, использованный ими подход, конечно, не является чем-то принципиально новым, а всего лишь разновидность деконволюции — восстановления изображения, испорченного неидеальностью детектора. Это процедура, обратная смазыванию картинки, и она широко применяется при компьютерной обработке изображений.
В проведенном анализе, правда, был важный нюанс: закон деконволюции не требовалось угадывать, его можно было вычислить исходя из геометрии чувствительной полости. Иными словами, было заранее известно, какое конкретно изображение даст точечный источник света в любом направлении. Благодаря этому совершенно размытое изображение можно было восстановить с очень хорошей точностью (обычные графические редакторы со стандартным законом деконволюции с этой задачей бы и близко не справились). Авторы предложили также конкретную нейрофизиологическую реализацию этого преобразования.
Сказала ли эта работа какое-то новое слово в теории обработки изображений — вопрос спорный. Однако она, несомненно, привела к неожиданным выводам касательно нейрофизиологии «инфракрасного зрения» у змей. Действительно, локальный механизм «обычного» зрения (каждый зрительный нейрон снимает информацию со своей маленькой области на сетчатке) кажется столь естественным, что трудно представить что-то сильно иное. А ведь если змеи действительно используют описанную процедуру деконволюции, то каждый нейрон, дающий свой вклад в цельную картину окружающего мира в мозгу, получает данные вовсе не из точки, а из целого кольца рецепторов, проходящего по всей мембране. Можно только удивляться, как природа умудрилась сконструировать такое «нелокальное зрение», компенсирующее дефекты инфракрасной оптики нетривиальными математическими преобразованиями сигнала.
Хорошее зрение подарили нам змеи
Люди обычно недолюбливают змей за их скрытность и способность маскироваться — ведь наиболее опасным считается тот враг, которого сразу не увидишь. Однако именно эта способность змеиного племени подарила нам то, чего нет у многих млекопитающих — хорошее зрение. Зоолог Линн Исбелл и ее коллеги недавно смогли экспериментально доказать эту гипотезу.
Следует заметить, что вообще-то у млекопитающих зрение развито достаточно плохо — если сравнивать их, например, с птицами или рептилиями. Наши ближайшие родственники полагаются в основном на обоняние, осязание и слух. Однако из этого правила есть и исключение — например, представители отряда приматов, к которым относимся и мы с вами. Большую часть информации эти живые существа, носящие гордое имя «первых», получают в основном благодаря глазам.
Но почему же обезьяны в свое время отдали предпочтение именно зрению, а не какому-нибудь другому способу ориентировки в пространстве? Эта загадка давно не давала покоя ученым — высказывались самые разные предположения, которые, однако, часто оставались лишь чисто теоретическими. В частности, говорилось о том, что до «жизни такой» приматов довел древесный образ жизни — мол, если ты все время скачешь с ветки на ветку, логичнее все-таки полагаться на глаза, а не на другие органы чувств.
Впрочем, слабое место в этой гипотезе сразу же заметно — ведь на деревьях живут не только обезьяны, подобный образ жизни ведут также многие грызуны, ленивцы, и различные сумчатые. Однако они не могут похвастаться хорошим зрением — даже у белок оно достаточно слабое, если сравнивать с человеческим. Кроме того, и среди приматов встречаются те, что видят достаточно плохо — это обитающие на Мадагаскаре лемуры. И при этом они все же являются настоящими древесными жителями!
Тем не менее, именно «феномен лемуров» навел в свое время биолога Линн Исбелл из Калифорнийского университета в Дэвисе (США) на мысль о том, что приматам пришлось «обзавестись» хорошим зрением из-за… змей! Нет, не из-за ядовитых змей, которые не представляют большой угрозы из-за своей осторожности и достаточно пугливого характера, а из-за питонов, удавов и прочих «душителей» — многие из этих хищников прекрасно маскируются и просто обожают обезьян, но, правда, исключительно с гастрономической точки зрения. И для того, чтобы научиться вовремя распознавать этих опасных и неуловимых врагов, приматы были вынуждены «усовершенствовать» свои глаза. В своей книге «Snake Detection Theory» профессор Исбелл указывала и на тот факт, что питоны и удавы современного типа появились практически одновременно с приматами, то есть около 70-65 миллионов лет тому назад.
По мнению исследовательницы, такое опасное соседство и привело к формированию многих особенностей зрения обезьян — например, способность охватывать глазом как можно большую территорию и вовремя замечать змеиное тело в лесной чаще. Естественно, изменения коснулись не только самих органов зрения, но и нервных центров мозга, управляющих их работой и анализирующих зрительную информацию. Однако все это произошло лишь с теми приматами, которые жили в близком соседстве со змеями — а вот мадагаскарских лемуров, обитающих на острове, лишенном крупных древесных змей, все эти эволюционные преобразования совершенно не затронули.
Долгое время данная версия оставалась лишь красивой гипотезой, проверить которую у ученых не было никакой возможности. Однако недавно это все-таки удалось сделать — Линн Исбелл и ее коллеги из Тоямского университета (Япония) и Университета Бразилии смогли выяснить, как нервные клетки зрительного центра мозга обезьян на нейронном уровне реагируют на появление змеи. Особое внимание исследователи обратили на таламус (который еще называют зрительным бугром) — структуру мозга млекопитающих, в которой происходит распределение всех сенсорных импульсов, кроме обонятельных. Часть этой структуры, называемая подушкой таламуса, отвечает за зрительное внимание и распознавание угрозы (кстати, именно у приматов подушка таламуса является самой большой среди млекопитающих).
И вот, ученые решили провести простой эксперимент — в ту самую подушку таламуса двух макак-резусов (Macaca mulatta) были введены электроды, при помощи которых биологи могли следить за активностью нейронов подушки в тот момент, когда животным показывали разные картинки с изображением или геометрических фигур, или рук и лиц других макак, а также ползущих или свернувшихся змей. Интересно, что участвовавшие в эксперименте макаки, были рождены в неволе и со змеями в жизни не встречались. Однако все равно, когда они видели картинки со змеями, одна из групп нейронов подушки всегда реагировала на них достаточно остро — и это при том, что повышение активности при рассматривании таких картинок наблюдалось среди всех нервных клеток подушки.
Тем не менее, данные нервные клетки всегда реагировали на появление картинки со змеей куда быстрее, чем другие нейроны — на свои собственные стимуляторы. Например, «змеиные» нейроны по быстроте реакции на 15 мс обгоняли клетки, которые реагируют на злое выражение лица, и на 25 мс — те, что реагируют на форму предмета. Из этого ученые сделали вывод о том, что, судя по всему, приматы действительно стали лучше видеть исключительно благодаря соседству со змеями — более того, это умение оказалось «вмонтировано» в мозг в виде особой группы нейронов.
Интересно, что аналогичные участки подушки таламуса сохранились и у людей — и та самая группа «змеиных» нейронов там тоже присутствует. Выходит, что и мы должны благодарить змей за то, что сейчас можем смотреть кино, а также наслаждаться живописью и фотогрфией — ведь то внимание к деталям, которое отличает человеческое зрение, формируется именно в клетках подушки таламуса…
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
Ученые узнали и показали, как видят кошки, собаки, змеи и другие животные
Как видят змеи, собаки и другие животные: научный эксперимент.
Вы когда-нибудь задумывались, как животные видят окружающий мир? Если да, то ответить на этот вопрос вам поможет Home Advisor, специалисты которого провели на эту тему целое научное исследование.
В Home Advisor создали цифровую комнату и разместили вокруг нее животных. После этого они визуализировали изображения в зависимости от того, как их увидит конкретное животное. Например, собаки различают очень мало цветов, а пауки видят настолько расплывчато, что можно подумать, будто им требуются очки.
Так что если вас хоть раз посещала мысль, как маленькая золотая рыбка видит мир из своего аквариума или как хамелеон использует свои глаза, то этот пост будет вам интересен. Ну скажите, разве не любопытно побывать «в шкуре» собаки, попугая или змеи, пусть даже и не буквально, а виртуально? Лично нам эта идея Home Advisor показалась заманчивой.
Вот как животные располагаются в комнате
Вид комнаты сверху
Вот как животные видят комнату: собака
Исходное изображение, как помещение видит человек:
Ваша собака практически любой стиль, который вы создаете дома, воспринимает в пастельных тонах. Собаки видят приглушенные комбинации цветов, фильтруемых их глазами с двумя конусами: синего и желтого.
Изображение, которое показывает, как видит комнату собака:
Как видит кошка
Исходное изображение, как комнату видит человек:
Кошки должны видеть вещи по-другому, чтобы жить так, как они живут. Но если отбросить экзистенциальную составляющую, то стоит отметить, что кошки обладают прекрасным ночным зрением. В то время как у людей в сетчатке глаза много колбочек, у кошек много палочек – фоторецепторных клеток другого типа, чувствительных к слабому освещению.
Изображение, которое показывает, как видит комнату кошка:
У вашей кошки поле зрения шире, чем у вас (200 градусов против 180), но не такое широкое, как у собаки. Кошачье цветовое зрение находится где-то посередине между вашим цветовым зрением и вашей собаки, поскольку это дихромат (имеет два цветовых конуса), который видит синий и желтый цвета с небольшим количеством зеленого в качестве бонуса.
Как видит золотая рыбка
Исходное изображение, как комнату видит человек:
Ваша золотая рыбка может видеть больше цветов, чем вы. Ее способность воспринимать ультрафиолетовый свет помогает ей не только видеть в воде, но и заметить, где ваша собака пыталась пометить свою территорию на диване.
Изображение, которое показывает, как видит комнату рыба:
Соответственно, глаза золотой рыбки обладают эффектом линзы «рыбий глаз». Ее круглые роговицы собирают свет от поверхности почти на 360 градусов и имеют примерно такую же плотность, как вода, что компенсирует искажающие эффекты света в воде.
Как видит змея
Исходное изображение, как комнату видит человек:
Если ваш единственный питомец – змея, вам не нужно беспокоиться о визуальном оформлении вашего интерьера. У большинства змей очень плохое зрение при дневном свете, тогда как ночью они видят гораздо лучше.
Изображение, которое показывает, как видит комнату змея:
Бонусом для некоторых видов змей является инфракрасное зрение. Ваша змея может объединить тепловые данные, полученные от своих внутренних органов (тонкие мембраны между глазами и ноздрями), с визуальными данными, чтобы создать изображение, похожее на тепловизионное.
Как видит паук
Исходное изображение, как комнату видит человек:
У большинства пауков восемь довольно слабых глаз, и они больше полагаются на свои волосатые ноги, чтобы ориентироваться в пространстве.
Изображение, которое показывает, как видит комнату паук:
Однако недавно исследователи обнаружили, что цветочувствительные структуры опсинов (тип белка) могут сделать их восприимчивыми к цвету и использоваться для поиска партнеров.
Так что если вы заметили, что ваш паук резвится с ярко-синей пепельницей, значит, наука права.
Как видит попугай
Исходное изображение, как комнату видит человек:
Птицы в значительной степени полагаются на высокоэффективную зрительную систему, и ваш попугай может видеть ультрафиолетовый, синий, зеленый и красный цветовые диапазоны. Фактически «фиолетовый» цвет на этой картинке был использован для удвоения ультрафиолетового излучения, которое на самом деле бесцветно и невидимо для человека.
Изображение, которое показывает, как видит комнату попугай:
Попугаи также могут очень быстро регулировать фокус и имеют почти 300-градусный охват, но при этом их зрение монокулярное, что означает, что один глаз фокусируется на одной вещи, а другой блуждает. Кроме того, они могут сужать зрачки по своему желанию.
Как видит хамелеон
Исходное изображение, как комнату видит человек:
Домашний хамелеон не только поглощает, преобразует и переизлучает цвет (меняет окраску, чтобы регулировать температуру и общаться); его глаза содержат преимущественно колбочки, а не палочки, поэтому он различает много цветов (включая ультрафиолетовый спектр), но плохо видит контраст.
Изображение, которое показывает, как видит комнату хамелеон:
Поле зрения вашего хамелеона составляет 342 градуса. Если вам нужно подкрасться к нему, вы обнаружите, что за головой у него слепое пятно в 18 градусов.
Как видят нас змеи?
Из всего множества различных животных живущих на Земле, глаза змеи способны различать цвета и оттенки. Зрение для змеи играет большую роль в жизни, хотя и не является основным чувством для ознакомления с внешним миром. Змей на нашей планете около трех тысяч видов. Как многие знают ещё со школы, змеи относятся к отряду чешуйчатых. Ареал обитания у них – это территории с теплым или умеренным климатом. Змеи живут практически на всех континентах планеты.
Как же устроены глаза змеи?
Змеиный глаз, в отличие от других животных, не отличается остротой зрения. А все потому, что их глаза покрыты тонкой кожистой пленкой, они очень мутные, и это сильно сказывается на видимости. Во время линьки змея расстается со старой кожей, а вместе с ней и с пленкой. Поэтому после линьки змеи особенно «глазасты». Зрение у них на несколько месяцев становится острее и отчетливее. Из-за пленки на глазах люди с древних времен придавали змеиному взгляду особенную холодность и гипнотическую силу.
Большинство змей, живущих рядом с человеком, являются безобидными, и никакой опасности для человека не представляют. Но встречаются и ядовитые. Ядом змеи пользуются для охоты и защиты
В зависимости от образа охоты – в дневное или в ночное время суток, форма зрачка змей изменяется. К примеру, у дневных змей зрачок круглый, а ночные змеи и змеи, ведущие сумеречную охоту, приобрели вертикальные и вытянутые глаза с длинными щелями.
Но самыми необычными глазами обладает вид плетевидых змей. Их глаз очень похож на замочную скважину расположенную горизонтально. Из-за такого необычного строения глаз змея умело пользуется своим бинокулярным зрением – то есть каждый глаз формирует цельную картинку мира.
Но главным органом чувств у змей все же является обоняние. Этот орган является основным для термолокации гадюк и питонов. Обоняние позволяет в кромешной тьме уловить тепло своих жертв и достаточно точно определить их месторасположение. Змеи, являющиеся неядовитыми, душат или оборачивают своим телом жертву, а есть и такие, кто заглатывают добычу живьем. В большинстве своем змеи имеют небольшие размеры, не более одного метра. Во время охоты глаза змеи фокусируются на одной точке, а их раздвоенный язык благодаря органу Якобсона отслеживает тончайшие запахи в воздухе.