Liit- või liitsilmad. Miks on putukatel ümarad silmad? Kuidas putukad näevad? Kuidas kärbes näeb
Igaüks, kes on kunagi proovinud kärbest pügada, mõistab suurepäraselt, et see pole lihtne ülesanne. Mõned seostavad möödalaskmisi kärbeste kohese reaktsiooniga, teised aga nägemisteravuse ja panoraamnägemisega. Peab ütlema, et mõlemal on võrdselt õigus. Kärbes lendab väga kiiresti ja liigub koheselt, mistõttu on teda nii raske püüda.
Aga peamine põhjus peitub just selle putuka nägemises, aga ka tema silmade struktuuris ja arvus.
Hariliku kärbse nägemisorganid asuvad pea külgedel, kus on väga raske mitte märgata putuka tohutuid punnis silmi. Selle putuka silm on keeruline struktuur ja seda nimetatakse tahkuks (alates Prantsuse sõna kinnitus – serv). Fakt on see, et nägemisorgan moodustub just sellistest 6-tahulistest üksustest - tahkudest, mis väliselt meenutavad kujuga kärgstruktuuri (iga selline kärbsesilma osa on mikroskoobi all selgelt nähtav). Neid üksusi nimetatakse ommatidiaks.
Neid tahke on kärbse silmas umbes 4 tuhat, kuid see pole piir: paljudel teistel putukatel on neid palju rohkem. Näiteks mesilastel on 5000 tahku, mõnel liblikal kuni 17 000 ja kiilidel on ommatidia arv 30 000 lähedal.
Kõik need 4 tuhat tahku on võimelised nägema vaid väikest osa kogu pildist ja putuka aju paneb selle "mõistatuse" kokku tervikpildiks.
Kärbse vanim, umbes 145 miljonit aastat vana isend leiti Hiinast.
Kuidas kärbsed näevad
Keskmiselt ületab kärbeste nägemisteravus inimese võimeid 3 korda.
Kuna kärbeste silmad on suured ja kumerad, koosnedes silma pinna kõikidel külgedel asuvatest ommatiididest (tahkudest), võimaldab see struktuur rahulikult putukatel näha korraga igas suunas – külgedele, üles, ette ja taha. See panoraamnägemine (nimetatakse ka igakülgseks nägemiseks) aitab kärbsel ohtu õigel ajal märgata ja kohe eemale taanduda, mistõttu on teda nii raske tabada. Pealegi pole kärbes mitte ainult füüsiliselt võimeline nägema korraga erinevatesse suundadesse, vaid ka sihikindlalt ringi vaatama, justkui vaatleks korraga kogu enda ümber olevat ruumi.
Just arvukad ommatiidid võimaldavad kärbsel jälgida vilkuvaid ja väga kiiresti liikuvaid objekte ilma pildi selgust kaotamata. Suhteliselt öeldes, kui inimese nägemine on võimeline jäädvustama 16 kaadrit sekundis, siis kärbes 250 -300 kaadrit sekundis. See kvaliteet on vajalik kärbeste jaoks mitte ainult küljelt liigutuste tabamiseks, vaid ka orienteerumiseks ja kvaliteetseks nägemiseks kiire lennu ajal.
Mis puudutab ümbritsevate objektide värvi, siis kärbsed ei näe mitte ainult põhivärve, vaid ka nende peenemaid toone, sealhulgas ultraviolettkiirgust, mille nägemiseks loodus pole antud. Selgub, et kärbes näeb maailm rõõmsameelsemad kui inimesed. Muide, need putukad näevad ka objektide mahtu.
Silmade arv
Nagu juba mainitud, paiknevad kärbsepea külgedel 2 suurt liitsilma. Naistel on nägemisorganite asukoht mõnevõrra laienenud (eraldatud laia laubaga), meestel on silmad üksteisele veidi lähemal.
Kuid otsmiku keskjoonel, liitsilmade taga on täiendavaks nägemiseks veel 3 tavalist (mitteliitsilma). Enamasti tulevad need mängu siis, kui on vaja objekti lähedalt uurida, kuna täiusliku nägemisega keeruline silm pole sel juhul nii vajalik. Selgub, et kärbestel on kokku 5 silma.
Harilikul kärbsel on hämmastavad, ebatavalised silmad!
Esimest korda said inimesed tänu saksa teadlasele Exnerile 1918. aastal maailma vaadata putuka silmadega. Exner tõestas putukatel ebatavalise mosaiiknägemise olemasolu. Ta pildistas akent läbi tulekärbse liitsilma, mis oli asetatud mikroskoobi slaidile. Fotol oli pilt aknaraamist ja selle taga katedraali udune piirjoon.
Kärbse liitsilmi nimetatakse liitsilmadeks ja need koosnevad paljudest tuhandetest pisikestest, üksikutest kuusnurksetest tahulistest silmadest, mida nimetatakse ommatiidideks. Iga ommatiidium koosneb läätsest ja külgnevast pikast läbipaistvast kristallilisest koonusest.
Putukatel võib liitsilmal olla 5000 kuni 25 000 tahku. Toakärbse silm koosneb 4000 tahust. Kärbse nägemisteravus on madal, ta näeb 100 korda hullem kui mees. Huvitav on see, et putukate nägemisteravus sõltub silma tahkude arvust!
Iga tahk tajub ainult osa kujutisest. Osad on kokku pandud üheks pildiks ja kärbes näeb ümbritsevast maailmast “mosaiikpilti”.
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/new/0171.jpg)
Tänu sellele on kärbsel peaaegu ringikujuline 360 kraadine vaateväli. Ta ei näe ainult seda, mis on tema ees, vaid ka seda, mis toimub tema ümber ja taga, s.t. suur liitsilmad võimaldab kärbsel korraga vaadata erinevatesse suundadesse.
Kärbse silmades toimub valguse peegeldus ja murdumine nii, et maksimaalne osa sellest satub silma täisnurga all, sõltumata langemisnurgast.
Liitsilm on raster optiline süsteem, milles erinevalt inimsilmast puudub ühtne võrkkesta.
Igal ommatidial on oma dioptrid. Muide, akommodatsiooni, lühinägelikkuse või kaugnägemise mõistet kärbsel ei eksisteeri.
Kärbes, nagu inimene, näeb kõiki nähtava spektri värve. Lisaks suudab kärbes eristada ultraviolett- ja polariseeritud valgus.
Akommodatsiooni, lühinägelikkuse või kaugnägelikkuse mõisted pole kärbsele tuttavad.
Kärbse silmad on valguse heleduse muutuste suhtes väga tundlikud.
Kärbse liitsilmade uurimine näitas inseneridele, et kärbes on võimeline väga täpselt määrama tohutul kiirusel liikuvate objektide kiirust. Insenerid on kopeerinud kärbse silmade põhimõtet, et luua kiireid andureid, mis tuvastavad lendavate lennukite kiiruse. Seda seadet nimetatakse "kärbse silmaks"
Panoraamkaamera "kärbsesilm"
École Polytechnique Fédérale de Lausanne'i teadlased on leiutanud 360-kraadise kaamera, mis võimaldab muuta pilte 3D-vormingus ilma neid moonutamata. Nad pakkusid välja täiesti uue disaini, mis on inspireeritud kärbsesilma kujundusest.
Kaamera kuju meenutab väikest oranži suurust poolkera, selle pinnal on 104 minikaamerat, mis on sarnased mobiiltelefonidesse sisseehitatud kaameratega.
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/new/0172.jpg)
See panoraamkaamera pakub 360-kraadist 3D-pilti. Kuid iga komposiitkaamerat saab kasutada eraldi, suunates vaataja tähelepanu teatud ruumipiirkondadele.
Selle leiutisega lahendasid teadlased traditsiooniliste filmikaamerate kaks peamist probleemi: piiramatu vaatenurk ja teravussügavus.
PAINDLIK KAAMERA 180 KRAADI
Illinoisi ülikooli teadlaste meeskond eesotsas professor John Rogersiga on loonud lihvitud kaamera, mis töötab putukasilma põhimõttel.
Välimuselt ja omal moel uus seade sisemine struktuur meenutab putuka silma.
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/new/0173.jpg)
Kaamera koosneb 180 pisikesest objektiivist, millest igaühel on oma fotosensor. See võimaldab kõigil 180 mikrokaameral erinevalt tavalistest kaameratest autonoomselt töötada. Kui tuua analoogia loomamaailmaga, siis 1 mikrolääts on 1 kärbsesilma tahk. Järgmisena sisenevad mikrokaamerate poolt saadud madala eraldusvõimega andmed protsessorisse, kus need 180 väikest pilti koondatakse panoraamiks, mille laius vastab 180-kraadisele vaatenurgale.
Kaamera ei vaja teravustamist, s.t. Lähedal olevaid objekte saab näha sama hästi kui kaugel asuvaid objekte. Kaamera kuju võib olla mitte ainult poolkerakujuline. Sellele võib anda peaaegu igasuguse kuju. . Kõik optilised elemendid on valmistatud elastsest polümeerist, mida kasutatakse kontaktläätsede valmistamisel.
Uus leiutis võib leida lai rakendus mitte ainult turva- ja valvesüsteemides, vaid ka uue põlvkonna arvutites.
Liitsilmade tüübid
Apositsioonilise liitsilma struktuuri skeem: 1 - sarvkesta tahud; 2 - valgust murdev aparaat; 3 - pigmendirakud; 4 - visuaalsed rakud; 5 - valgustundlik element ommatidium; 6 - visuaalsete rakkude aksonid, mis lähevad nägemisnärvi ganglionidesse; 7 - peakatted; 8 - silmakapsel.Sõltuvalt sellest, anatoomilised omadused ommatidia ja nende optilised omadused Liitsilmi on 3 tüüpi: apositsiooniline (fotoopiline), optiline superpositsioon ja neurosuperpositsioon (nimetatakse ühiselt skotoopseks). Mõnel putukatel (mantised, maikunstid) saab ühe silma osa ehitada vastavalt appositsioonitüübile ja teise - superpositsioonilisele tüübile.
Igat tüüpi liitsilmade puhul on tegelik valgustundlik element optiliste rakkude rabdomeerid, mis sisaldavad fotopigmenti (tavaliselt sarnaselt rodopsiiniga). Valguskvantide neeldumine fotopigmendi poolt on esimene lüli protsesside ahelas, mille tulemusena nägemisrakk genereerib närvisignaali.
Apositsioonilised (foto) liitsilmad
Apositsioonilistes liitsilmades, mis on tavaliselt iseloomulikud ööpäevalistele putukatele, on külgnevad ommatiidid üksteisest pidevalt isoleeritud läbipaistmatu pigmendiga ja retseptorid tajuvad ainult valgust, mille suund langeb kokku antud ommatiidia teljega.
Optilise superpositsiooni liitsilmad
Optilise superpositsiooniga tahksilmad, mis on iseloomulikud öistele ja hämaratele putukatele ning paljudele vähilaadsetele, on ommatidia isoleeritus varieeruv (tingituna pigmendi liikumisvõimest) ning valguse puudumisel langevate kiirte kattumine (superpositsioon). tekib kaldus nurk, mis läbib mitte ühte, vaid mitut tahku. Seega nõrgas valguses silma tundlikkus suureneb.
Neurosuperpositsioon liitsilmad
Neurosuperpositsiooni liitsilmadele on iseloomulik erinevates ommatiidides paiknevate, kuid samast ruumipunktist valgust vastuvõtvate visuaalsete rakkude signaalide summeerimine.
Eraldusvõime ja värvitaju
Võrkkesta kujutise väljanägemise skeem appositsioonilistes (a), optilistes-superpositsioonilistes (b) ja neurosuperpositsioonilistes (c) tahkudes silmades: 1 - eraldiseisvad ommatiidid ühe või eraldi valgustundliku elemendiga, mis koosnevad rabdomeeridest; 2 - visuaalsete rakkude aksonid. Need valgustundlikud elemendid, mida tabavad paralleelsed valguskiired, on varjutatud (näidatud nooltega).
Allikad
- Liitsilmad- artikkel Suurest Nõukogude Entsüklopeediast
Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.
Vaadake, mis on "liitsilmad" teistes sõnaraamatutes:
Liitsilmad (oculi), koorikloomade, putukate ja mõnede teiste selgrootute peamine paarisnägemise organ, mille moodustavad ommatidia, sarvkesta läätsel on kumer 6-tahuline tahk (prantsuse keeles facette facet, siit ka nimi). F. g...... Bioloogia entsüklopeediline sõnastik
Mõnedel putukatel on liitsilmad. Sõnastik võõrsõnad, sisaldub vene keeles. Chudinov A.N., 1910. KOOSSEILMAD on keerulised silmad, mida leidub enamikul putukatel ja mis koosnevad vahenditest. lihtsate silmade arv: sipelgatel on alates 50 ... ... Vene keele võõrsõnade sõnastik
- (prantsuse fassettfassett) (liitsilmad) putukate, vähilaadsete ja mõnede teiste selgrootute paarisnägemise organ; moodustatud arvukate üksikute ocelli ommatidia poolt. Nad tajuvad hästi liikuvaid objekte, pakuvad laia välja ... ...
- (prantsuskeelsest fasettahsist), liitsilmad, putukate, vähilaadsete ja mõnede teiste selgrootute paarisnägemise organ; moodustatud arvukate üksikute silmade ommatidia. Nad tajuvad hästi liikuvaid objekte, pakuvad laia välja... entsüklopeediline sõnaraamat
Liitsilmad, putukate, vähilaadsete ja mõnede teiste selgrootute peamine paarisnägemise organ; moodustatud eri struktuuriüksused- ommatidia (vt Ommatidia), mille sarvkesta lääts on kumera kuusnurga kujuga -... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia
- (prantsuskeelsest fasettahsist) (liitsilmad), putukate, vähilaadsete ja mõnede teiste selgrootute paarisnägemise organ; Paljud haritud eraldage silmad ommatidia abil. Nad tajuvad hästi liikuvaid objekte ja pakuvad laia vaatevälja.… … Loodusteadus. entsüklopeediline sõnaraamat
Või lülijalgsete liitsilmad (vt Silm) said selle nimetuse, kuna sisekesta kitiin moodustab kummagi silma kohale paksenduse ehk tahu (Cornea Linse). Kogu mitmetahuliste tahkude komplekt kujutab endast välja, mis meenutab otsasillutist... Entsüklopeediline sõnaraamat F.A. Brockhaus ja I.A. Efron
Sama mis liitsilmad. * * * KOMPLEKSSILMAD, samad mis liitsilmad (vt LIIDSILMAD) ... entsüklopeediline sõnaraamat
Sama mis liitsilmad... Suur entsüklopeediline sõnaraamat
Sama mis liitsilmad. .(
Šveitsi teadlastel on õnnestunud paljundada kärbse silma ehk nn tehisliitsilma.
Liitsilmad, mis koosnevad paljudest kitsastest valgustundlikest käbidest, mida nimetatakse ommatiidideks, on iseloomulikud putukatele ja vähilaadsetele.
Sellistel silmadel on inimese silmadega võrreldes mitmeid eeliseid ja puudusi. Kärbse silma eraldusvõime on madalam kui selgroogsete silmal, see tähendab, et selle silmaga jäädvustatud pilt ei ole selge. Ja eeliste hulgas on see, et need on vähem inertsiaalsed (mõned putukad on võimelised tajuma virvendust sagedusega kuni 300 Hz), ei vaja teravustamist ja suudavad eristada mitte ainult värvi, vaid ka valguse polarisatsiooni suunda. Lühidalt öeldes on pilt kiire, mitmekesine, rikkalik, kuid mitte selge. Ecole Polytechnique Federale de Lausanne'i (EPFL) teadlaste meeskond on loonud tehissilma prototüübi, mis kasutab seda disaini ära.
Kaamera on nagu kärbsesilm (liitsilm)
Tehissilm, mida teadlased nimetasid CurvACE-ks (CURVed Artificial Compound Eyes), koosneb 630 "ommatiidist", millest igaüks on valgustundlik element ja mikrolääts, mis fokuseerib sellele kitsa valguskiire. Silma vaatenurk on vertikaalselt 60 kraadi ja horisontaaltasandil 180 kraadi. Erinevate ommatidia vertikaalsed vaatenurgad määratakse mikroläätsede kuju järgi ja horisontaalne nurk substraadi painde järgi, millel silm asub. Selle kuju dikteerib tootmistehnoloogia – valgustundlikud elemendid moodustatakse tahkele kristallile, mis seejärel lõigatakse kitsasteks ribadeks.
![](https://i0.wp.com/ainotech.com/wp-content/uploads/2013/08/wpid-IMG_20130802_125248.jpg)
Silma maht on vaid 2,2 kuupsentimeetrit ja kaal 1,75 grammi. Kell tööstuslik tootmine Praegune tehnoloogia tase võimaldab selle suurust vähendada vähemalt poole võrra. Silma peamine eesmärk on robotite visuaalne navigatsioonisüsteem. Silmal on kõrge tundlikkus ja dünaamiline ulatus – iga ommatidia saab individuaalselt kohaneda valgustuse tasemega. Sellist silma ei saa pimestada päikese sära. Koos selle suure kiirusega (prototüüp suudab toota kuni 1500 kaadrit sekundis), väiksuse, moonutuste puudumise vaatevälja servades ja võimalusega suhteliselt hõlpsalt saavutada ring- või isegi sfäärilist vaadet teeb see ideaalne tööriist roboti asukoha määramiseks ruumis, takistuste tuvastamiseks ja kokkupõrke vältimiseks. Ilmselt näeme esimesi selliseid kaameraid isejuhtivate autode ja erinevate robotite peal.
CurvACE omadused vastavad ligikaudu Drosophila äädikakärbse silmale. Täpselt nagu putuka silm, mis sisaldab närvisõlme, mis viib läbi esmane töötlemine pilte, CurvACE sisaldab mikrokontrollerit, mis töötleb anduritelt saadavat signaali optiliste voolualgoritmide abil, samuti kiirendusmõõturit ja güroskoopi.
Tegelik elektrooniline täidis moodustab suurema osa silma massist ja mahust – mikroläätsedega CMOS-andurite massiiv ise on 1 mm paksune ja kaalub 0,36 grammi. Võimalus anda tahvelkaamerale mis tahes kuju ja suurte objektiivide puudumine avab palju võimalusi: selliseid "silmi" saab süsteemides kasutamiseks sisse ehitada ruumide seintesse, riietesse või mööblisse. tark kodu või videovalve. Ommatidia kombineerimine erinevad tüübidÜhe sensoriga saate luua kaamera, mis näeb samaaegselt erinevates vahemikes. Kindel kõikenägeva silma prototüüp, uus õnnetus paranoiale ja imeleidus luureteenistustele.