ОБ УСТРОЙСТВЕ ГЛАЗ

Способность глаза различать цвета мы не установим даже при самом тщательном анатомическом исследовании. Но четкое или расплывчатое восприятие глазом формы предметов уже тесно связано с более «грубыми» особенностями его строения: анатом уже по внешним признакам глаза может сказать, что он принадлежал, например, близорукому человеку.

Если мы, однако, вскроем глаз пчелы или какого-нибудь другого насекомого, чтобы попытаться оценить его качество как оптического прибора, то все наши познания относительно человеческого глаза уже не помогут нам. Ибо глаз насекомого устроен совсем иначе. Для естествоиспытателя особенно интересно проследить пути и средства, с помощью которых природа достигает одной и той же цели у таких различных существ, как человек и пчела.

Тонкости строения глаза насекомого гораздо более многообразны, чем у человеческого глаза. Понять их до конца можно только при серьезном изучении, и для этого необходимо привлечь целый ряд соображений из области физики. Вместе с тем главное различие в устройстве глаза человека и насекомых можно объяснить в нескольких словах.

Глаз человека можно сравнить с фотоаппаратом. Отверстию в передней стенке камеры соответствует в человеческом глазу зрачок. Так же как фотограф при ярком свете уменьшает диафрагму, чтобы ослабить световой поток, так и радужная оболочка глаза, сжимаясь, уменьшает зрачок и защищает внутренность глаза от чрезмерно яркого света. Линза фотоаппарата соответствует хрусталику человеческого глаза; и форма, и назначение их одинаковы. Когда мы смотрим на отдаленную точку А (рис. 54), излучающую свет во всех направлениях, хрусталик собирает падающие на него через зрачок лучи и соединяет их в одной точке на дне глаза (а). Лучи от другой точки, В, расположенной выше А, хрусталик тоже соберет на глазном дне в одном месте, но несколько ниже (b), а лучи от третьей точки, С, расположенной ниже А, соберутся на задней стенке глаза в точке с, лежащей выше а. Всякий предмет, находящийся в поле нашего зрения, мы можем представить себе состоящим из множества отдельных точек (которые сами светятся или отражают падающий на них свет), и к любым из них применимо все то, что мы вывели для наших трех точек А, В и С. Таким образом, хрусталик отбрасывает на заднюю стенку глаза маленькое, перевернутое, но точное изображение рассматриваемого предмета, совершенно так же, как линза фотоаппарата — на фотопластинку.

Рис. 54. Глаз человека. С - сетчатка; ЗН - зрительный нерв. (Объяснение в тексте)

Существенная разница между фотокамерой и нашим глазом состоит в использовании полученного изображения. В камере на пластинке запечатлевается и как бы консервируется изображение, полученное в данный момент времени. В нашем глазу место фотопластинки занимает сетчатка, или сетчатая оболочка, с помощью которой мы воспринимаем изображение со всеми его деталями, причем это изображение непрерывно изменяется.

Значительную часть сетчатки составляет тончайшая мозаика из палочковидных элементов (они настолько малы, что на отрезке в 1 миллиметр поместились бы многие сотни их), и все они связаны нервными волокнами с головным мозгом. В совокупности эти волокна образуют толстый зрительный нерв, идущий от глаза к мозгу. Информация о каждой светящейся точке, изображение которой падает на сетчатку, передается по нервным волокнам в головной мозг, и только там, а не на самой сетчатке, возникает восприятие: сигналы от каждой отдельной точки, вспыхнувшей в ночной темноте, или от бесконечного множества точек, при свете дня заполняющих все поле нашего зрения, взаимодействуют между собой, порождая единый зрительный образ. Иногда задавали вопрос: почему мир не представляется нам вверх ногами, если на нашей сетчатке все отображается в перевернутом виде? Этот вопрос лишен смысла уже потому, что образ видимого осознается у нас не сетчаткой, а головным мозгом, в котором все частицы изображения уже давно успели распределиться по-иному, в соответствии с ходом нервных волокон.

Глаз пчелы, так же как и глаза других насекомых, не имеет ни зрачка, ни радужной оболочки, ни хрусталика. Сетчатку на дне глаза можно сравнить с сетчаткой человека, но изображение на ней возникает по-иному. У пчелы очень выпуклые глаза расположены по бокам головы (см. рис. 15). Рассматривая их поверхность через сильную лупу, мы увидим, что она изящнейшим образом разделена на мелкие участки — фасетки, и поэтому такой орган зрения называется фасеточным глазом (рис. 55).

Таким образом, уже внешний вид глаза пчелы говорит о несходстве его по внутреннему устройству с человеческим. Более четко его структуру можно уяснить, осторожно вскрыв глаз (рис. 55 и 56). Разделенная на фасетки поверхность глаза состоит из хитина и служит внешним защитным слоем, соответствующим роговой оболочке нашего глаза (хитин, как панцирь, покрывает и все тело пчелы). К каждой фасетке этой роговицы примыкает кристально-прозрачное кеглевидное образование — кристаллический (хрустальный) конус (КК на рис. 55 и 56). Он собирает направленные прямо на него световые лучи и проводит их к палочкам сетчатки (77). Каждая фасетка с примыкающей к ней внутренней трубочкой и соответствующей палочкой сетчатки образует омматидий.

Сложный глаз рабочей пчелы состоит примерно из 5000 плотно примыкающих друг к другу омматидиев, причем каждый из них — и это очень важно — расположен под небольшим утлом к своим соседям, так что все они смотрят в разных направлениях. Каждая трубочка с боков одета в черную светонепроницаемую оболочку, как нога в чулок.

Еще раз вообразим в поле зрения глаза светящуюся точку (А, рис. 55), от которой идут лучи во всех направлениях. Эти лучи попадают на всю поверхность глаза, но только в том омматидии, который прямо направлен на светящуюся точку, луч света попадет через трубочку на палочку (а) сетчатки. В остальных омматидиях, на которые свет падает несколько косо, он будет поглощен их черными оболочками, прежде чем достигнет светочувствительных элементов сетчатки. Другая точка, В, расположенная выше, лежит по направлению омматидия, лежащего выше, а расположенная ниже точка С будет соответственно воспринята омматидием, лежащим ниже (см. рис. 55). Это относится и к бесчисленным другим точкам, на которые мы можем мысленно разделить предмет. Каждый омматидии как бы выхватывает из всего поля зрения небольшую частицу, лежащую по направлению его оси. Таким образом, как это следует непосредственно из рисунка, на сетчатке возникает изображение, но не перевернутое, как в глазу с хрусталиком, а прямое.

Рис. 55. Глаз пчелы (схема). Р - роговица; КК - кристаллический конус; П - палочки сетчатки; ЗН - зрительный нерв. Точки А, В к С в поле зрения соответствуют возникающим на сетчатке изображениям точек а, Ь и с. Изображение прямое

Это обстоятельство много раз обсуждалось, но само по себе оно не имеет существенного значения. Оно обусловлено тем, что у пчелы уже на поверхности глаза картина всего поля зрения распадается на мозаику из мельчайших частичек изображения, передающихся через отдельные омматидии палочкам сетчатки и отсюда — в мозг. В нашем же глазу хрусталик отбрасывает на сетчатку единое перевернутое изображение, которое разлагается палочками сетчатки на мозаику и передается в мозг. Соединить отдельные «камешки» мозаичного изображения в единый чувственный образ — это в обоих случаях уже задача мозга.

На рис. 55 создание изображения в фасеточном глазу показано в увеличенном и упрощенном виде. Как изящно в действительности примыкают друг к другу омматидии и насколько они многочисленны, можно видеть на рис. 56 — на микрофотографии среза, проходящего через глаз пчелы.

Рис. 56. Срез глаза пчелы. Р — роговица; КК — кристаллический конус; С — палочки сетчатки. В верхнем участке глаза при консервировании роговица несколько отслоилась от кристаллического конуса. (Фото А. Лангвальда.)