곤충의 시각 기관. 동격 및 중첩 비전

파리와 벌 모두 눈이 5개 있습니다.삼 단순한 눈머리 윗부분 (정관에 있다고 말할 수 있음)에 위치하고 두 개의 복합체 또는 패싯이 머리 측면에 있습니다. 파리, 벌(나비, 잠자리 및 기타 곤충 포함)의 겹눈은 과학자들의 열정적인 연구 대상입니다. 사실 이러한 시력 기관은 매우 흥미로운 방식으로 배열되어 있습니다. 그것들은 수천 개의 개별적인 육각형, 즉 과학적 용어로 면(다면체)으로 구성됩니다. 각 면은 물체의 개별 부분에 대한 이미지를 제공하는 소형 구멍입니다. 집파리의 복잡한 눈에는 약 4,000개, 일벌은 5,000개, 드론은 8,000개, 나비는 최대 17,000개, 잠자리는 최대 30,000개에 달하는 눈이 있습니다. 곤충의 눈은 수천 개의 이미지를 사람에게 보내는 것으로 밝혀졌습니다. 그들의 두뇌 개별 부품물체 전체의 이미지로 합쳐지더라도 여전히 이 물체는 모자이크로 만들어진 것처럼 보입니다.

겹눈은 왜 필요한가요?그들의 도움으로 곤충은 비행 중에 방향을 잡는 것으로 믿어집니다. 단순한 눈은 근처에 있는 물체를 검사하도록 설계되었습니다. 따라서 벌의 겹눈을 제거하거나 가리면 마치 눈이 먼 것처럼 행동합니다. 단순한 눈을 감고 있으면 벌레의 반응이 느린 것 같습니다.

1,2 -벌이나 파리의 겹눈(겹눈)
3 -벌이나 파리의 세 개의 단순한 눈

다섯 개의 눈으로 곤충은 360도를 가릴 수 있습니다.즉, 앞, 옆, 뒤에서 일어나는 모든 일을 보는 것입니다. 그래서 눈치채지 못한 채 파리에 가까이 다가가는 것이 그토록 어려운 것일 수도 있습니다. 그리고 겹눈이 정지해 있는 물체보다 움직이는 물체를 훨씬 더 잘 본다고 생각한다면, 사람이 때때로 신문으로 파리를 때리는 방법이 궁금할 것입니다!

겹눈을 가진 곤충의 작은 움직임도 포착하는 능력이 반영되어 있습니다. 다음 예: 벌과 파리가 사람들과 함께 앉아 영화를 보는 경우, 두 다리를 가진 관객이 한 프레임을 오랫동안 바라보다가 다음 프레임으로 넘어가는 것처럼 보일 것입니다. 곤충이 영화(사진과 같은 개별 프레임이 아닌)를 보려면 프로젝터 필름을 10배 더 빠르게 회전해야 합니다.

곤충의 눈을 부러워해야 할까요? 아마도 그렇지 않을 것입니다. 예를 들어, 파리의 눈은 많은 것을 볼 수 있지만 자세히 볼 수는 없습니다. 이것이 바로 그들이 테이블 위를 기어가다가 문자 그대로 음식에 부딪히면서 음식(예를 들어 잼 한 방울)을 발견하는 이유입니다. 그리고 꿀벌은 시력의 특성으로 인해 빨간색을 구별하지 않습니다. 검정색, 회색 또는 파란색입니다.

많은 곤충은 수많은 개별 ocelli-ommatidia로 구성된 복잡한 겹눈을 가지고 있습니다. 곤충은 세상을 모자이크로 조립한 것처럼 봅니다. 대부분의 곤충은 "근시안적"입니다. 이중 파리와 같은 일부는 135m 거리에서도 볼 수 있습니다. 나비 - 그리고 그녀는 가장 많은 것을 가지고 있습니다 날카로운 시력우리 곤충들 사이에서는 2미터 이상은 볼 수 없고, 벌은 1미터 거리에서는 아무것도 볼 수 없습니다. 눈이 다수의 개개로 구성된 곤충은 주위의 미세한 움직임도 알아차릴 수 있습니다. 물체가 공간에서 위치를 바꾸면 겹눈에 반사된 물체도 특정 수의 개안만큼 움직이면서 위치가 바뀌고 곤충은 이를 알아차립니다. 겹눈은 포식성 곤충의 생활에서 큰 역할을 합니다. 시각 기관의 이러한 구조 덕분에 곤충은 원하는 물체에 눈의 초점을 맞추거나 겹눈의 일부로만 관찰할 수 있습니다. 흥미롭게도 나방은 시각을 사용하여 탐색하고 항상 광원을 향해 날아갑니다. 달빛에 대한 눈의 방위각은 항상 90° 미만입니다.

컬러 비전

특정 색상을 보려면 곤충의 눈이 인식해야 합니다. 전자파특정 길이. 곤충은 매우 짧은 신호와 매우 긴 신호를 모두 잘 인식합니다. 광파인간의 눈에 보이는 스펙트럼의 색상. 사람은 빨간색에서 보라색까지의 색상을 볼 수 있지만 그의 눈은 인식할 수 없는 것으로 알려져 있습니다. 자외선- 빨간색보다 길고 보라색보다 짧은 파도입니다. 곤충은 자외선을 볼 수 있지만 빨간색 스펙트럼의 색상을 구분하지 못합니다(나비만 빨간색을 볼 수 있음). 예를 들어, 양귀비 꽃은 곤충에게 무색으로 인식되지만 다른 눈 색깔에서는 곤충이 인간이 상상조차 하기 어려운 자외선 패턴을 봅니다. 곤충은 꿀을 찾아 이러한 패턴을 탐색합니다. 나비의 날개에도 인간에게는 보이지 않는 자외선 패턴이 있습니다. 꿀벌은 청록색, 보라색, 노란색, 파란색, 꿀벌 보라색 및 자외선과 같은 색상을 인식합니다. 곤충은 편광을 이용해 탐색할 수도 있습니다. 지구 대기를 통과할 때 빛의 광선이 굴절되고, 빛의 편광으로 인해, 다른 지역하늘에는 다양한 파장이 있습니다. 덕분에 구름 때문에 해가 보이지 않는 상황에서도 곤충은 방향을 정확하게 판단한다.

흥미로운 사실

일부 딱정벌레의 유충은 단순한 눈을 발달시켜서 잘 보고 포식자로부터 탈출합니다. 성체 딱정벌레는 겹눈을 발달시키지만 시력은 애벌레의 시력보다 나을 것이 없습니다. 복잡한 겹눈은 곤충뿐만 아니라 게나 랍스터와 같은 일부 갑각류에서도 발견됩니다. 렌즈 대신에 ommatidia에는 ​​소형 거울이 들어 있습니다. 1918년 독일 과학자 엑스너(Exner) 덕분에 사람들은 처음으로 곤충의 눈으로 세상을 볼 수 있게 되었습니다. 곤충의 작은 눈 수(종에 따라 다름)는 25~25,000개입니다. 예를 들어 물 표면을 헤엄치는 딱정벌레의 눈은 두 부분으로 나뉩니다. 윗부분공중에서는 볼 수 있고 아래쪽은 물속에서 볼 수 있습니다. 곤충의 겹눈은 미세한 세부 사항을 포착할 수 없기 때문에 새와 포유류의 눈만큼 잘 볼 수 없습니다(곤충은 25~25,000개의 면을 가질 수 있음). 그러나 그들은 움직이는 물체를 잘 인식하고 인간의 눈으로 접근할 수 없는 색상까지 인식합니다.

곤충은 몸 전체 표면, 단순한 눈, 복잡한 소위 겹눈 등 세 가지 방식으로 빛을 인식합니다.

실험에서 알 수 있듯이 유충, 물벌레 유충, 진딧물, 딱정벌레(눈먼 동굴 딱정벌레까지), 거저리, 바퀴벌레 및 기타 많은 곤충은 몸 전체 표면에서 빛을 감지합니다. 빛은 큐티클을 통해 머리에 침투하여 이를 감지하는 뇌 세포에서 상응하는 반응을 일으킵니다.

가장 원시적인 단순한 눈은 아마도 일부 모기의 유충에서 발견될 것입니다. 이는 빛에 민감한 세포 수가 적은 색소 반점입니다(종종 2~3개만 있음). 톱풀의 유충(벌목)과 딱정벌레는 더 복잡한 눈을 가지고 있습니다. 50개 이상의 빛에 민감한 세포가 투명한 렌즈로 덮여 있으며 큐티클이 두꺼워집니다.

애벌레의 붉은 눈. 사진: 제스

깡충벌레 유충의 머리 양쪽에는 6개의 ocelli가 있는데, 그 중 2개는 다른 것보다 훨씬 큽니다(시각 세포는 6,000개입니다). 그들은 잘 보나요? 그들은 물체의 모양에 대한 인상을 뇌에 전달할 수 없을 것 같습니다. 그러나 본 것의 대략적인 크기는 두 개의 큰 눈으로 잘 감지됩니다.

유충은 모래에 파인 수직 구멍에 앉습니다. 3~6cm 거리에서 피해자나 적을 알아차립니다. 근처에 기어 다니는 곤충의 크기가 3-4mm를 넘지 않으면 유충은 턱으로 그것을 잡습니다. 더 많으면 구멍에 숨어 있습니다.
애벌레 머리 양쪽에 있는 5~6개의 단순한 홑눈은 각각 시각 요소인 "의식 막대"를 하나만 포함하고 있으며 그 위에는 빛을 집중시킬 수 있는 렌즈로 덮여 있습니다.

각 눈은 관찰된 물체의 모양에 대한 아이디어를 개별적으로 제공하지 않습니다. 그러나 실험에서 애벌레는 놀라운 능력을 보여주었습니다. 그녀는 수평 물체보다 수직 물체를 더 잘 봅니다. 두 개의 기둥이나 나무 중에서 가장 큰 것을 선택하고 그것을 향해 기어갑니다. 가장 단순한 눈이 모두 검은 페인트로 덮여 있어도 하나만 남습니다. 매 이 순간그는 빛의 한 점만 보지만 애벌레는 머리를 돌려 물체의 다른 지점을 차례로 검사하며 뇌가 본 것에 대한 대략적인 그림을 형성하기에 충분합니다. 물론 그것은 불분명하고 불분명하지만 여전히 애벌레는 자신에게 보여지는 물체를 알아차립니다.

곤충 유충의 경우 단순한 눈이 일반적이지만 많은 성충도 눈을 가지고 있습니다. 후자는 머리 측면에 소위 복잡한 눈 또는 측면 눈이 가장 중요합니다. 그들은 길고 단순한 눈인 ommatidia로 구성되어 있습니다. 각 개안에는 신경을 통해 뇌에 연결된 빛을 감지하는 세포가 들어 있습니다. 그 위에는 길쭉한 렌즈가 있습니다. 감광성 세포와 수정체는 모두 빛이 투과되지 않는 색소 세포 껍질로 둘러싸여 있습니다. 상단에는 구멍만 남고 수정체는 투명한 큐티클 각막으로 덮여 있습니다. 모든 개안에서 공통적으로 발생하며 서로 밀접하게 인접하고 하나의 겹눈으로 통합됩니다. 다양한 잠자리에는 300마리의 ommatidia(암컷 반딧불이), 4,000마리(집파리), 9,000마리(잠수벌레), 17,000마리(나비), 10,000~28,000마리 정도 있을 수 있습니다.

제왕나비에는 겹눈이 있습니다. 사진: 모니카 R.

각 ommatidia는 곤충을 둘러싼 세계의 전체 복잡한 그림에서 단 한 지점만을 뇌에 전달합니다. 각각의 개안이 본 많은 개별 지점에서 곤충의 뇌에는 풍경 물체의 모자이크 "패널"이 형성됩니다.
야행성 곤충(반딧불이, 기타 딱정벌레, 나방)에서는 광학 시각의 모자이크 그림이 말하자면 더 흐릿합니다. 밤에는 겹눈의 개눈을 서로 분리하는 색소세포가 수축하여 각막을 향해 위쪽으로 이동합니다. 각 면으로 들어오는 광선은 감광성 세포뿐만 아니라 인접한 개눈에 위치한 세포에서도 감지됩니다. 결국 이제 그들은 어두운 색소 "커튼"으로 덮여 있지 않습니다. 이를 통해 밤의 어둠 속에서도 빛을 더 완벽하게 포착할 수 있습니다.

낮에는 색소 세포가 개안 사이의 모든 공간을 채우고 각 세포는 자체 렌즈에 집중된 광선만 인식합니다. 즉, 소위 야행성 곤충의 "중첩" 눈은 낮 동안 일주성 곤충의 "동격" 눈으로 기능합니다.

패싯의 수만큼이나 중요한 또 다른 특징은 각 ommatidia의 시각적 각도입니다. 크기가 작을수록 눈의 해상도가 높아지고 관찰된 물체의 미세한 세부 사항을 볼 수 있습니다. 집게벌레 개미의 시야각은 8도이고, 벌의 시야각은 1도입니다. 집게벌레가 보는 모자이크 그림의 모든 지점에 대해 벌은 64개의 지점을 가지고 있는 것으로 추정됩니다. 결과적으로, 벌의 눈은 관찰된 물체의 작은 세부사항을 수십 배 더 잘 포착합니다.
그러나 시야각이 작을수록 눈에 들어오는 빛의 양이 줄어듭니다. 그러므로 곤충의 겹눈에 있는 다면체의 크기는 동일하지 않습니다. 더 큰 가시성이 필요하고 세부 사항을 정확하게 볼 필요가 없는 방향에서는 더 큰 패싯이 배치됩니다. 예를 들어, 말파리의 경우 눈 위쪽 절반의 면이 아래쪽 절반보다 눈에 띄게 더 큽니다.
일부 파리는 또한 서로 다른 크기의 개구멍이 있는 유사하고 명확하게 분리된 경기장을 가지고 있습니다. 벌은 다면체 배열이 다릅니다. 몸의 수평 축 방향으로의 시야각은 수직보다 2~3배 더 큽니다.

소용돌이치는 딱정벌레와 수컷 하루살이는 본질적으로 양쪽에 두 개의 눈을 가지고 있습니다. 하나는 큰 면을 갖고 다른 하나는 작은 면을 가지고 있습니다.
그러나 한쪽 눈 (다른 눈은 페인트로 덮여 있음)으로 물체를 조사하는 애벌레가 어떻게 모양에 대한 매우 거친 아이디어를 형성할 수 있는지 기억하십시오. 그녀는 고개를 돌려 전체 대상을 부분적으로 조사했고, 뇌의 기억 장치는 주어진 순간에 본 모든 지점을 하나의 인상으로 통합했습니다. 겹눈을 가진 곤충도 같은 일을 합니다. 무언가를 볼 때 머리를 돌립니다. 관찰된 물체가 움직일 때나 곤충 자체가 날아갈 때에도 머리를 돌리지 않고도 비슷한 효과를 얻을 수 있습니다. 즉석에서 겹눈은 쉬고 있을 때보다 더 잘 보입니다.
예를 들어, 벌은 초당 300번 깜박이는 물체를 시야에 지속적으로 유지할 수 있습니다. 그리고 우리의 눈은 6배 느린 깜박임조차 알아채지 못할 것입니다.

곤충은 멀리 있는 물체보다 가까운 물체를 더 잘 봅니다. 그들은 매우 근시안적입니다. 그들이 본 것의 명확성은 우리보다 훨씬 나쁩니다.
흥미로운 질문: 곤충은 어떤 색을 구별합니까? 실험에 따르면 벌과 썩은 파리는 햇빛에서 발견되는 스펙트럼 중 가장 짧은 파장의 광선(297밀리미크론)을 보는 것으로 나타났습니다. 우리의 눈이 전혀 보이지 않는 자외선은 개미, 나방, 그리고 분명히 다른 많은 곤충들에 의해서도 감지됩니다.

곤충의 눈. 사진: USGS 꿀벌 목록 및 모니터링 연구소

곤충은 스펙트럼의 반대쪽에 민감도가 다릅니다. 벌은 빨간 빛을 보지 못합니다. 왜냐하면 그것은 검은 빛과 동일하기 때문입니다. 여전히 인식할 수 있는 가장 긴 파장은 650밀리미크론(빨간색과 주황색 사이의 경계선)입니다. 음식을 얻기 위해 검은 테이블로 날아가도록 훈련받은 말벌은 빨간색 테이블과 혼동합니다. 예를 들어 사티로스 같은 일부 나비도 빨간색으로 보이지 않습니다. 그러나 다른 것 (두드러기, 양배추)은 붉은 색을 구별합니다. 그러나 그 기록은 반딧불이의 것입니다. 반딧불이는 690밀리미크론의 파장을 지닌 진한 붉은색을 봅니다. 연구된 어떤 곤충도 이것을 할 수 없었습니다.
인간의 눈에는 스펙트럼의 가장 밝은 부분이 노란색입니다. 곤충을 대상으로 한 실험에 따르면 일부 스펙트럼의 녹색 부분이 눈에 가장 밝게 인식되고, 벌의 경우 자외선이며, 썩은 파리의 경우 빨간색, 청록색 및 자외선 대역에서 가장 큰 밝기가 관찰되는 것으로 나타났습니다. 스펙트럼의.

의심할 바 없이 꽃을 방문하는 나비, 땅벌, 일부 파리, 벌 및 기타 곤충은 색상을 구별합니다. 그러나 어느 정도까지, 정확히 무엇인지 우리는 아직 거의 알지 못합니다. 더 많은 연구가 필요합니다.
이와 관련하여 가장 많은 실험이 꿀벌을 대상으로 수행되었습니다. 벌이 본다 세계, 네 가지 기본 색상으로 칠해졌습니다. 빨간색-노란색-녹색(각각 개별적으로 명명된 것이 아니라 함께, 함께, 우리에게 알려지지 않은 단일 색상으로), 청록색, 청자색그리고 자외선. 그렇다면 벌이 양귀비와 같은 붉은 꽃에도 날아간다는 것을 어떻게 설명할 수 있을까요? 그들뿐만 아니라 많은 백인과 노란 꽃자외선을 많이 반사하므로 벌이 볼 수 있습니다. 우리는 그녀의 눈이 어떤 색인지 모릅니다.

나비는 분명히 벌보다 우리와 더 가까운 색각을 가지고 있습니다. 우리는 이미 일부 나비(두드러기와 배추나비)가 빨간색을 구별한다는 것을 알고 있습니다. 그들은 자외선을 보지만 벌의 시각적 인식만큼 큰 역할을 하지는 않습니다. 이 나비는 청자색과 황적색의 두 가지 색상에 가장 끌립니다.
많은 다른 곤충들이 색을 구별하고, 무엇보다도 그들이 먹이를 먹거나 번식하는 식물의 색을 구별한다는 것이 다양한 방법을 통해 입증되었습니다. 일부 매나방, 잎벌레, 진딧물, 스웨덴 파리, 땅벌레 및 물벌레는 멀리 떨어져 있습니다. 전체 목록그런 곤충들. 흥미로운 점은 스무디에서는 눈의 위쪽과 뒤쪽 부분에만 색각이 있고 아래쪽과 앞쪽에는 색각이 없다는 점입니다. 왜 그런지는 불분명합니다.

자외선에 대한 인식 외에도 곤충의 눈에 부족한 또 다른 특성은 자외선에 대한 민감성입니다. 편광그리고 그것을 탐색하는 능력. 애벌레와 벌목 유충에 대한 실험에서 알 수 있듯이 겹눈뿐만 아니라 단순한 홑눈도 편광을 인식할 수 있습니다. 우리는 전자 현미경으로 눈의 일부를 조사한 결과 폴라로이드처럼 작용하는 것으로 보이는 망막의 감광 간상체에서 분자 구조를 발견했습니다.

몇 가지 관찰 최근 몇 년설득력: 야행성 곤충에는 적외선을 포착하는 기관이 있습니다.

질문 "일반 파리의 눈은 몇 개인가요?" 보이는 것만큼 간단하지 않습니다. 둘 큰 눈머리 측면에 위치하여 육안으로 볼 수 있습니다. 그러나 실제로 파리의 시각 기관의 구조는 훨씬 더 복잡합니다.

파리의 눈을 확대해서 보면, 그것이 벌집 모양이고 많은 개별적인 부분으로 이루어져 있다는 것을 알 수 있습니다. 각 부분은 육각형 모양으로 되어있습니다. 일반 모서리. 이것이 바로 이 눈 구조의 이름이 패싯(프랑스어로 번역된 "패싯"은 "가장자리"를 의미함)에서 유래된 것입니다. 많은 절지동물은 복잡한 면이 있는 눈을 자랑할 수 있으며, 파리는 면 수에 대한 기록을 보유하는 것과는 거리가 멀습니다. 즉, 파리의 면은 4,000개에 불과한 반면 잠자리는 약 30,000개입니다.

우리가 보는 세포를 개개(ommatidia)라고 합니다. Ommatidia는 원뿔 모양이며 좁은 끝이 눈 깊숙이 뻗어 있습니다. 원뿔은 빛을 감지하는 세포와 투명한 각막으로 보호되는 수정체로 구성됩니다. 모든 개안은 서로 밀접하게 밀착되어 있으며 각막으로 연결되어 있습니다. 그들 각자는 그림의 "그들의" 조각을 보고, 뇌는 이 작은 이미지들을 하나의 전체로 통합합니다.

큰 겹눈의 배열은 암컷과 수컷 파리에서 다릅니다. 수컷의 경우 눈이 서로 가깝게 자리잡고 있는 반면, 암컷의 경우 이마가 있기 때문에 눈이 더 멀리 떨어져 있습니다. 현미경으로 파리를 보면 시력 기관 위의 머리 중앙에 삼각형으로 배열된 세 개의 작은 점을 볼 수 있습니다. 사실 이 점들은 단순한 눈이다.

전체적으로 파리에는 한 쌍의 겹눈과 세 개의 단순한 눈(총 5개)이 있습니다. 자연은 왜 그렇게 어려운 길을 택했을까요? 사실은 우선 시선으로 최대한 가리기 위해 패싯 비전이 형성되었다는 것입니다. 더 많은 공간그리고 움직임을 포착합니다. 그러한 눈은 기본적인 기능을 수행합니다. 간단한 눈으로 조명 수준을 측정하기 위해 파리가 "제공"되었습니다. 겹눈은 시력의 주요 기관이고, 단순 눈은 보조 기관입니다. 파리에 단순한 눈이 없으면 속도가 느려지고 밝은 빛에서만 날 수 있으며, 겹눈이 없으면 눈이 멀게 됩니다.

파리는 주변 세계를 어떻게 봅니까?

크고 볼록한 눈을 통해 파리는 주변의 모든 것을 볼 수 있습니다. 즉, 시야각은 360도입니다. 이는 인간의 두 배에 달하는 넓이이다. 곤충의 움직이지 않는 눈은 동시에 네 방향을 모두 봅니다. 하지만 파리의 시력은 인간의 시력보다 거의 100배나 낮습니다!

각 ommatidia는 독립적인 셀이기 때문에 그림은 서로를 보완하는 수천 개의 개별 작은 이미지로 구성된 메시로 나타납니다. 그러므로 파리에게 세상은 수천 개의 조각으로 이루어진 조립된 퍼즐이며, 그 점에서는 다소 모호합니다. 곤충은 40~70센티미터 거리에서만 어느 정도 명확하게 볼 수 있습니다.

파리는 색깔을 구별할 수 있고 심지어 눈에 보이지도 않습니다. 인간의 눈에는편광과 자외선. 파리의 눈은 빛의 밝기의 미세한 변화를 감지합니다. 그녀는 두꺼운 구름에 가려진 태양을 볼 수 있습니다. 그러나 어둠 속에서 파리는 시력이 좋지 않으며 주로 일주 생활 방식을 따릅니다.

파리의 또 다른 흥미로운 능력은 움직임에 대한 빠른 반응입니다. 파리는 움직이는 물체를 10번 인지합니다. 사람보다 빠르다. 물체의 속도를 쉽게 "계산"합니다. 이 능력은 위험의 근원지까지의 거리를 결정하는 데 필수적이며 한 세포, 즉 개안(ommatidia)에서 다른 세포로 이미지를 "전송"함으로써 달성됩니다. 항공 엔지니어들은 파리 시각의 이러한 특징을 이용하여 비행 항공기의 눈 구조를 반복하면서 속도를 계산하는 장치를 개발했습니다.

이렇게 빠른 인식 덕분에 파리는 우리에 비해 더 느린 현실 속에서 살아가고 있다. 인간의 관점에서 볼 때 1초 동안 지속되는 움직임은 파리가 10초 동안의 행동으로 인식합니다. 분명히 사람들은 매우 느린 생물처럼 보입니다. 곤충의 뇌는 슈퍼컴퓨터의 속도로 작동하여 이미지를 수신하고 분석한 후 1000분의 1초 안에 적절한 명령을 신체에 전송합니다. 따라서 파리를 때리는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다.

그래서 "보통 파리의 눈은 몇 개입니까?"라는 질문에 대한 정답은 다음과 같습니다. 숫자는 5가 될 거예요. 주요한 것은 많은 생명체와 마찬가지로 파리의 한 쌍의 기관입니다. 자연이 정확히 세 개의 단순한 눈을 만든 이유는 여전히 미스터리입니다.

곤충의 관점에서

사람은 입체 시력의 도움으로 외부 세계에 대한 지식의 최대 90%를 얻는다고 믿어집니다. 토끼는 측면 시력을 얻었으며 덕분에 측면과 뒤에 있는 물체도 볼 수 있습니다. 심해어의 눈은 머리의 절반까지 차지할 수 있으며, 칠성장어의 두정엽의 "제3의 눈"은 물속에서 잘 탐색할 수 있게 해줍니다. 뱀은 움직이는 물체만 볼 수 있지만 송골매의 눈은 세계에서 가장 경계심이 강한 것으로 알려져 있으며, 8km 높이에서도 먹이를 추적할 수 있습니다!

그러나 지구상에서 가장 많고 다양한 종류의 생물을 대표하는 곤충, 즉 곤충은 세상을 어떻게 봅니까? 몸집만 열등한 척추동물과 함께 가장 완벽한 시력과 복잡한 구조를 가진 곤충이다. 광학 시스템눈. 곤충의 겹눈에는 조절 능력이 없기 때문에 근시라고 할 수 있지만 인간과 달리 매우 빠르게 움직이는 물체를 구별할 수 있습니다. 그리고 광수용체의 질서 있는 구조 덕분에 그들 중 다수는 진정한 "육감", 즉 편광된 시각을 가지고 있습니다.

시야가 흐려진다 - 나의 힘,
보이지 않는 다이아몬드 창 두 개...
A. 타르코프스키 (1983)

중요성을 과대평가하기는 어렵다 스베타 (전자기 방사선가시 스펙트럼) 우리 행성의 모든 주민을 위한 것입니다. 햇빛광합성 식물과 박테리아, 그리고 간접적으로 지구 생물권의 모든 살아있는 유기체의 주요 에너지 원으로 사용됩니다. 빛은 모든 다양성의 흐름에 직접적인 영향을 미칩니다 생활 과정동물의 번식부터 계절별 색상 변화까지. 그리고 물론 빛에 대한 인식 덕분에 특수 기관감각을 통해 동물은 주변 세계에 대한 정보의 중요한 (종종 대부분) 부분을 받고, 물체의 모양과 색상을 구별하고, 신체의 움직임을 결정하고, 공간에서 방향을 잡는 등의 작업을 할 수 있습니다.

시력은 우주에서 활발하게 움직일 수 있는 동물에게 특히 중요합니다. 시력이 형성되고 향상되기 시작한 것은 움직이는 동물의 출현과 함께였습니다. 시각 장치- 알려진 모든 감각 시스템 중에서 가장 복잡합니다. 이러한 동물에는 척추동물과 무척추동물(두족류 및 곤충)이 포함됩니다. 가장 복잡한 시력 기관을 자랑할 수 있는 것은 바로 이러한 유기체 그룹입니다.

그러나 이들 그룹의 시각 장치는 이미지 인식과 마찬가지로 크게 다릅니다. 일반적으로 곤충은 척추동물에 비해 더 원시적이며 가장 높은 수준인 포유류와 자연적으로 인간은 말할 것도 없습니다. 하지만 그게 얼마나 다른지 시각적 인식? 즉, 파리라는 작은 생명체의 눈으로 본 세상은 우리와 많이 다른 걸까요?

육각형의 모자이크

곤충의 시각 시스템은 원칙적으로 다른 동물의 시각 시스템과 다르지 않으며 주변 시력 기관, 신경 구조 및 중추 조직으로 구성됩니다. 신경계. 그러나 시각 기관의 형태에 관해서는 여기서 차이점이 눈에 띕니다.

누구나 콤플렉스에 익숙하다 면처리된성충이나 곤충 유충에서 발견되는 곤충 눈 불완전한 변환, 즉 번데기 단계가 없습니다. 이 규칙에는 많은 예외가 없습니다. 이들은 벼룩(Siphonaptera 목), 부채 날개(Strrepsiptera 목), 대부분의 좀벌레(Lepismatidae과) 및 전체 종류의 cryptognathans(Entognatha)입니다.

겹눈은 잘 익은 해바라기 바구니처럼 생겼습니다. 여러 면으로 구성되어 있습니다( 개암) – 자율 수신기 광선 방사, 광속 및 이미지 형성을 조절하는 데 필요한 모든 것을 갖추고 있습니다. 면의 수는 강모의 몇 개(Thysanura 목)부터 잠자리의 30,000개(Aeshna 목)까지 매우 다양합니다. 놀랍게도, 개미의 수는 하나의 체계적 그룹 내에서도 다양할 수 있습니다. 예를 들어, 열린 공간에 사는 많은 땅 딱정벌레 종은 잘 발달된 겹눈을 가지고 있습니다. 큰 금액 ommatidia, 돌 밑에 사는 딱정벌레에서는 눈이 크게 줄어들고 소수의 ommatidia로 구성됩니다.

개안의 상층은 각막(렌즈)으로 표시됩니다. 이는 일종의 육각형 양면 볼록 렌즈인 특수 세포에 의해 분비되는 투명한 표피 부분입니다. 대부분의 곤충의 각막 ​​아래에는 투명한 결정질 원뿔이 있으며 그 구조는 다른 유형. 일부 종, 특히 야행성 종의 경우, 주로 반사 방지 코팅 역할을 하고 눈의 빛 투과를 증가시키는 추가 구조가 빛 굴절 장치에 있습니다.

렌즈와 크리스탈 콘에 의해 형성된 이미지는 감광성에 떨어집니다. 망막(시각) 세포: 짧은 꼬리축삭을 가진 뉴런입니다. 여러 개의 망막 세포가 하나의 원통형 다발을 형성합니다. 망막. 각 세포 내부, 안쪽을 향한 면에 개안이 위치합니다. 랍도머-막에 시각 색소가 포함되어있는 많은 (최대 75-100,000) 미세한 융모 튜브의 특수 형성. 모든 척추동물과 마찬가지로 이 색소도 로돕신- 복잡한 유색 단백질. 이 막의 넓은 면적으로 인해 광수용체 뉴런에는 다음이 포함되어 있습니다. 많은 수의로돕신 분자(예: 초파리에서) 초파리이 숫자는 1억을 초과합니다!).

모든 시각 세포의 횡문근은 다음과 같이 결합됩니다. 횡문근, 그리고 겹눈의 감광성 수용체 요소이며, 모든 망막은 함께 우리 망막의 유사체를 구성합니다.

패싯의 빛 굴절 및 감광 장치는 주변을 따라 빛 절연 역할을 하는 색소가 있는 세포로 둘러싸여 있습니다. 덕분에 굴절될 때 광속은 단 하나의 ommatidia의 뉴런에 도달합니다. 그러나 이것이 소위 패싯이 배열되는 방식입니다. 포토픽밝은 햇빛에 적응된 눈.

황혼이나 야행성 생활 방식을 선도하는 종은 다른 유형의 눈이 특징입니다. 암점. 그러한 눈은 불충분한 광속(예: 매우 큰 횡문근)에 여러 가지 적응을 합니다. 또한, 그러한 눈의 개눈에서는 차광 색소가 세포 내에서 자유롭게 이동할 수 있으므로 광속이 인접한 개눈의 시각 세포에 도달할 수 있습니다. 이러한 현상은 소위 말하는 현상의 기초가 됩니다. 어두운 적응 곤충 눈 - 저조도에서 눈의 감도가 향상되었습니다.

횡문근이 망막 세포의 빛 광자를 흡수하면 신경 자극, 축삭을 따라 곤충 뇌의 한 쌍의 시엽으로 보내집니다. 각 시엽에는 세 개의 연관 센터가 있으며, 이곳에서 여러 측면에서 동시에 나오는 시각 정보의 흐름이 처리됩니다.

하나부터 서른까지

고대 전설에 따르면, 한때 사람들에게는 다음과 같은 일을 담당하는 "제3의 눈"이 있었습니다. 초감각적 지각. 이에 대한 증거는 없지만 동일한 칠성장어와 술도마뱀, 일부 양서류와 같은 다른 동물들은 "잘못된" 위치에 특이한 빛에 민감한 기관을 가지고 있습니다. 그리고 이런 의미에서 곤충은 척추 동물보다 뒤처지지 않습니다. 일반적인 겹눈 외에도 작은 추가 ocelli가 있습니다. 오셀리전두정면에 위치하며, 줄기- 머리 옆면에.

오셀리는 잘 날아다니는 곤충, 즉 성체(완전 변태가 있는 종)와 유충(불완전 변태가 있는 종)에서 주로 발견됩니다. 일반적으로 삼각형 형태로 배열된 3개의 홑눈이지만 때로는 가운데 1개 또는 2개의 측면 홑눈이 누락될 수 있습니다. ocelli의 구조는 ommatidia와 유사합니다. 빛을 굴절하는 렌즈 아래에는 투명한 세포층(수정체 원뿔과 유사)과 망막 망막이 있습니다.

줄기는 완전 변태로 발달하는 곤충 유충에서 발견될 수 있습니다. 그 수와 위치는 종에 따라 다릅니다. 머리의 각 측면에는 1개에서 30개까지의 ocelli가 있을 수 있습니다. 애벌레에서는 6개의 ocelli가 더 일반적이며 각각 별도의 시야를 갖도록 배열됩니다.

곤충의 순서가 다르면 줄기의 구조가 서로 다를 수 있습니다. 이러한 차이는 아마도 서로 다른 형태학적 구조에서 비롯된 것일 수 있습니다. 따라서 한쪽 눈의 뉴런 수는 수 단위에서 수천 단위까지 다양합니다. 당연히 이것은 주변 세계에 대한 곤충의 인식에 영향을 미칩니다. 만약 그들 중 일부가 빛의 움직임만 볼 수 있고 어두운 점, 그러면 다른 사람들은 물체의 크기, 모양, 색상을 인식할 수 있습니다.

보시다시피, 어간과 ommatidia는 비록 수정되었지만 단일 측면의 유사체입니다. 그러나 곤충에는 다른 "백업" 옵션이 있습니다. 따라서 일부 유충 (특히 Diptera 목)은 신체 표면에 위치한 감광성 세포의 도움으로 완전히 그늘진 눈으로도 빛을 인식할 수 있습니다. 그리고 일부 나비 종에는 소위 생식기 광수용체가 있습니다.

이러한 모든 광수용체 영역은 비슷한 방식으로 구조화되어 있으며 투명한(또는 반투명) 큐티클 아래에 있는 여러 뉴런의 클러스터를 나타냅니다. 이러한 추가 "눈"으로 인해 딥테란 유충은 열린 공간을 피하고 암컷 나비는 그늘진 곳에 알을 낳을 때 이를 사용합니다.

면처리된 폴라로이드

곤충의 복잡한 눈은 무엇을 할 수 있습니까? 아시다시피 누구든지 광학 방사선세 가지 특징을 구별할 수 있습니다. 명도, 범위(파장) 및 양극화(전자기 구성 요소의 진동 방향).

곤충은 빛의 스펙트럼 특성을 사용하여 주변 세계의 물체를 등록하고 인식합니다. 거의 모든 동물은 척추동물이 접근할 수 없는 스펙트럼의 자외선 부분을 포함하여 300-700nm 범위의 빛을 인식할 수 있습니다.

대개, 다른 색상곤충의 겹눈의 서로 다른 영역에서 인식됩니다. 이러한 "국소적" 민감도는 동일한 종 내에서도 개인의 성별에 따라 달라질 수 있습니다. 종종 동일한 개안에는 다른 색 수용체가 포함될 수 있습니다. 따라서 속의 나비에서는 파필리오두 개의 광 수용체에는 최대 흡수가 360, 400 또는 460 nm이고 두 개는 520 nm이고 나머지는 520 ~ 600 nm의 시각 색소가 있습니다 (Kelber 외., 2001).

그러나 이것이 곤충의 눈이 할 수 있는 전부는 아닙니다. 위에서 언급한 바와 같이 시각 뉴런에서 횡문근 미세융모의 광수용막은 원형 또는 육각형 단면의 튜브로 접혀 있습니다. 이로 인해 일부 로돕신 분자는 다음과 같은 사실로 인해 빛 흡수에 참여하지 않습니다. 쌍극자 모멘트이 분자들은 광선의 경로와 평행하게 위치합니다 (Govardovsky, Gribakin, 1975). 결과적으로 미세융모는 이색성– 편광에 따라 빛을 다르게 흡수하는 능력. 개안의 편광 감도의 증가는 시각 색소의 분자가 인간처럼 막에 무작위로 위치하지 않고 한 방향으로 향하고 더욱이 견고하게 고정되어 있다는 사실에 의해 촉진됩니다.

눈이 방사선의 강도에 관계없이 스펙트럼 특성을 기반으로 두 광원을 구별할 수 있다면 다음과 같이 말할 수 있습니다. 컬러 비전 . 하지만 만약 그가 이 경우처럼 편광 각도를 고정함으로써 이것을 한다면, 우리는 곤충의 편광 시력에 대해 이야기할 충분한 이유가 있습니다.

곤충은 편광을 어떻게 인식합니까? 개안의 구조에 기초하여 모든 광수용체는 특정 길이의 광파와 빛의 편광 정도에 동시에 민감해야 한다고 가정할 수 있습니다. 그러나 이 경우 심각한 문제가 발생할 수 있습니다. 잘못된 색상 인식. 따라서 나뭇잎의 광택 있는 표면이나 수면에서 반사된 빛은 부분적으로 편광됩니다. 이 경우 광수용체 데이터를 분석하는 뇌는 반사 표면의 색상 강도나 모양을 평가하는 데 실수를 할 수 있습니다.

곤충은 그러한 어려움에 성공적으로 대처하는 법을 배웠습니다. 따라서 다수의 곤충(주로 파리와 벌)에서는 색만을 인식하는 횡문근(Rhabdom)이 ommatidia에 형성됩니다. 폐쇄형, 횡문근이 서로 접촉하지 않는 경우. 동시에 그들은 또한 편광에 민감한 일반적인 직선형 횡문근을 가진 개개도 가지고 있습니다. 꿀벌의 경우 이러한 면은 눈 가장자리를 따라 위치합니다(Wehner and Bernard, 1993). 일부 나비에서는 횡문근 미세융모의 상당한 곡률로 인해 색상 인식의 왜곡이 제거됩니다(Kelber 외., 2001).

다른 많은 곤충, 특히 Lepidoptera에서는 일반적인 직선형 횡문근이 모든 ommatidia에 보존되어 있으므로 광수용체는 "유색"광과 편광을 동시에 인식할 수 있습니다. 더욱이, 이들 수용체 각각은 특정 선호 편광 각도와 특정 파장의 빛에만 민감합니다. 이 복잡한 시각적 인식은 나비에게 먹이를 주고 알을 낳을 때 도움이 됩니다(Kelber 외., 2001).

낯선 땅

곤충 눈의 형태와 생화학의 특징을 끝없이 탐구할 수 있지만 여전히 그렇게 간단하고 동시에 믿을 수 없을 정도로 대답하기가 어렵습니다. 복잡한 문제: 곤충은 어떻게 보나요?

곤충의 뇌에서 발생하는 이미지를 사람이 상상하기조차 어렵습니다. 하지만 오늘날 인기가 있다는 점에 유의해야합니다. 시각의 모자이크 이론, 곤충이 일종의 육각형 퍼즐 형태로 이미지를 보는 것에 따르면 문제의 본질을 완전히 정확하게 반영하지는 않습니다. 사실 각 단일 면은 전체 그림의 일부일 뿐인 별도의 이미지를 캡처하지만 이러한 이미지는 인접한 면에서 얻은 이미지와 겹칠 수 있습니다. 그러므로 이를 통해 얻은 세계의 이미지는 거대한 눈수천 개의 소형 패싯 카메라로 구성된 잠자리와 개미의 "보통"6면 눈은 매우 다를 것입니다.

에 관하여 시력 (해결, 즉 물체의 절단 정도를 구별하는 능력) 곤충에서는 눈의 볼록한 표면 단위당 면의 수, 즉 각밀도에 따라 결정됩니다. 인간과 달리 곤충의 눈에는 조절 기능이 없습니다. 광전도 렌즈의 곡률 반경은 변하지 않습니다. 이런 의미에서 곤충은 근시라고 불릴 수 있습니다. 관찰 대상에 가까울수록 더 많은 세부 사항을 볼 수 있습니다.

동시에 겹눈을 가진 곤충은 매우 빠르게 움직이는 물체를 구별할 수 있는데, 이는 높은 대비와 낮은 관성으로 설명됩니다. 시각 시스템. 예를 들어, 사람은 초당 약 20번의 섬광만을 구별할 수 있지만, 벌은 그보다 10배나 더 구별할 수 있습니다! 이 속성은 비행 중에 결정을 내려야 하는 빠르게 날아다니는 곤충에게 필수적입니다.

곤충이 인지하는 컬러 이미지는 우리보다 훨씬 더 복잡하고 특이할 수도 있습니다. 예를 들어, 우리에게 하얗게 보이는 꽃은 흔히 자외선을 반사할 수 있는 많은 색소를 꽃잎에 숨기고 있습니다. 그리고 수분을 공급하는 곤충의 눈에는 꿀로가는 길을 가리키는 다양한 다채로운 색조로 반짝입니다.

곤충은 빨간색을 "보지 못한다"고 믿어집니다. 순수한 형태"그리고 자연에서는 극히 드물다(벌새에 의해 수분되는 열대 식물은 제외). 그러나 붉은색 꽃에는 단파 방사선을 반사할 수 있는 다른 색소가 포함되어 있는 경우가 많습니다. 그리고 많은 곤충이 사람처럼 3가지 기본 색상이 아니라 그 이상(때로는 최대 5가지!)을 인식할 수 있다는 점을 고려하면 그들의 시각적 이미지는 단순히 화려한 색상이어야 합니다.

그리고 마지막으로 곤충의 '육감'은 편광 시각입니다. 그것의 도움으로 곤충은 인간이 특수 광학 필터를 사용하는 것에 대해 희미한 아이디어만 얻을 수 있는 것을 주변 세계에서 볼 수 있습니다. 이런 식으로 곤충은 흐린 하늘에서 태양의 위치를 ​​정확하게 파악하고 편광을 '천상의 나침반'으로 사용할 수 있습니다. 그리고 비행 중인 수생 곤충은 수면에서 반사된 부분 편광을 통해 수역을 감지합니다(Schwind, 1991). 그러나 그들이 "보는" 이미지는 사람이 상상하는 것이 불가능합니다 ...

어떤 이유로든 곤충의 시력에 관심이 있는 사람은 누구나 다음과 같은 질문을 할 수 있습니다. 왜 그들은 인간의 눈과 유사하고 동공, 렌즈 및 기타 장치가 있는 챔버 눈을 개발하지 않았습니까?

이 질문에 대해 미국의 뛰어난 이론물리학자이자 노벨상 수상자인 R. 파인만(R. Feynman)은 다음과 같이 철저하게 답변한 적이 있습니다. 흥미로운 이유. 우선, 벌은 너무 작습니다. 만약 벌의 눈이 우리와 비슷하지만 이에 상응하여 더 작다면, 동공의 크기는 30미크론 정도가 될 것입니다. 따라서 회절이 너무 커서 벌이 아직도 더 잘 볼 수 없습니다. 너무 많은 작은 눈- 이건 좋지 않아요. 그러한 눈이 충분한 크기로 만들어졌다면, 그렇게 해서는 안 됩니다. 머리가 적다벌 그 자체. 겹눈의 가치는 공간을 거의 차지하지 않고 머리 표면의 얇은 층만 차지한다는 사실에 있습니다. 그러므로 벌에게 조언을 하기 전에 벌에게도 문제가 있다는 점을 잊지 마세요!

그러므로 곤충이 세계를 시각적으로 인식하면서 자신의 길을 선택한 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그리고 곤충의 관점에서 그것을 보려면 우리는 평소의 시력을 유지하기 위해 거대한 겹눈을 얻어야 할 것입니다. 그러한 인수가 진화론적 관점에서 볼 때 우리에게 유용할 것 같지 않습니다. 각자 자신에게!

문학

Tyshchenko V. P. 곤충 생리학. M.: 고등학교, 1986, 304 S.

곤충의 Klowden M. J. 생리 시스템. 아카데미 출판부, 2007. 688p.

Nation J. L. 곤충 생리학 및 생화학. 두 번째 판: CRC Press, 2008.