Глаза – цвет, размер и строение глаз

Глаза — не только орган зрения, но и важный элемент внешности, который многое говорит о человеке. Цвет, размер и строение глаз различаются у людей и зависят от генетики и здоровья. В этой статье рассмотрим различия глаз по цвету и размеру, а также их анатомическое строение, что поможет понять функционирование этого удивительного органа и его роль в жизни.

Видео про глаз

Специалисты утверждают, что цвет глаз формируется под воздействием генетических факторов и влияет на то, как мы воспринимаем окружающий мир. Например, глаза светлых оттенков, такие как голубые или зеленые, могут быть более чувствительными к яркому свету, в то время как темные глаза, содержащие больше меланина, обеспечивают лучшую защиту от ультрафиолетовых лучей. Размер глаз также имеет значение для их работы. Более крупные глаза могут улучшать ночное зрение, но в то же время они могут быть более уязвимыми к травмам. Анатомия глаз, включая роговицу, хрусталик и сетчатку, играет ключевую роль в обеспечении качественного зрения. Врачи подчеркивают, что здоровье глаз зависит от множества факторов, таких как образ жизни, питание и регулярные медицинские осмотры. Забота о зрении и своевременное обращение к врачам помогут сохранить здоровье глаз на протяжении многих лет.

Эксперты в области офтальмологии и генетики подчеркивают, что цвет, размер и строение глаз являются важными аспектами, определяющими не только внешний вид человека, но и его здоровье. Цвет глаз обусловлен количеством и распределением меланина в радужной оболочке, что может влиять на чувствительность к свету и риск развития определенных заболеваний. Размер глаз, в свою очередь, может варьироваться и оказывать влияние на зрительные функции. Строение глаз, включая форму роговицы и длину глазного яблока, играет ключевую роль в качестве зрения. Исследования показывают, что генетические факторы, а также окружающая среда, могут существенно влиять на эти характеристики, что делает их предметом активного изучения в научных кругах.

Самый редкий цвет глаз! Что означает твой цвет глаза?

Общие сведения

Сложные глазные системы могут распознавать цвета и формы. Поле зрения большинства организмов, особенно хищников, включает большие области бинокулярного зрения для улучшения глубины восприятия. У других организмов глаза расположены так, чтобы увеличить поле зрения. К таким организмам относятся кролики, лошади, обладающие монокулярным зрением.

Первые простейшие глаза эволюционировали среди животных более 600 миллионов лет назад, во времена Кембрийского взрыва. Последний общий предок животных обладал биохимическим набором средств необходимых для зрения. Более совершенствованные глазные системы развились у 96% видов животных, у шести из тридцати типов. У большинства позвоночных и некоторых моллюсков, глаз работает, позволяя свету проникнуть и проектироваться на светочувствительную панель клеток, известной как сетчатка глаза, в задней части глаза. Колбочковые клетки (для цвета) и палочкоподобные (для темных контрастов) в сетчатке определяют и преобразуют свет в нервные сигналы для осуществления зрительного восприятия. Потом визуальные сигналы передаются в мозг по глазному нерву. Такой тип глаз обычно имеет форму шара, который заполнен гелеобразной жидкостью, называемой жидкостью стекловидного тела, и имеет фокусирующие линзы и зачастую радужную оболочку. Расслабление и напряжение мышц вокруг радужной оболочки изменяют размер зрачка, таким образом, регулируя количество света поступающего в глаз и уменьшая искажения при достаточном количестве света.

Глаза большинства головоногих, рыб, земноводных и змей имеют постоянную форму линз, а фокусировка зрения достигается за счет телескопирования линз – подобно фокусировке в камерах.

Фасеточные глаза свойственны членистоногим. Они состоят из множества простых фасеток и, в зависимости от анатомии, могут получать либо одно мозаичное изображение, либо несколько изображений на один глаз. Каждый сенсор обладает своими собственными линзами и светочувствительной клеткой (клетками). Некоторые глаза имеют до 28 тысяч таких сенсоров, расположенных гексагонально, которые могут предоставить полный обзор в 360 градусов. Фасеточные глаза очень чувствительны к движению. Некоторые членистоногие, включая многих веерокрылых, имеют несколько фасеток (каждая с сетчаткой) способные создавать изображение, формируя зрение. Каждый глаз рассматривает различные части изображения. Мозг формирует общее изображение со всех глаз, предоставляя совершенно разные изображения с высоким разрешением.

Обладая детальным гиперспектральным цветовым зрением, ротоногие ракообразные имеют самую сложную цветовую систему. Трилобиты, которые вымерли на данный момент, обладали уникальными сложными глазами. Они использовали чистые кристаллы кальцита для формирования линз глаз. В этом, они отличаются от большинства других членистоногих, которые имеют мягкие глаза. Количество линз в таких глазах было разнообразное, тем не менее, некоторые трилобиты имели только одну линзу, а другие могли иметь тысячи линз в глазу.

В отличие от сложных глаз, простые – имеют одну линзу. Например, у прыгающих пауков есть большая пара простых глаз с узким полем зрения, поддерживаемых рядом других, более мелких, глаз для периферийного зрения. Некоторые личинки насекомых, например гусениц, имеют разные типы простых глаз (стеммы), которые дают приблизительное изображение. Некоторые простые глаза, называемые глазками в окраске, имеющихся у таких животных как, улитки, которые не могут, по сути, в обычном смысле «видеть». У них есть только светочувствительные клетки, но нет линз или других средств проецирования изображения на эти клетки. Они могут отличить только свет от мрака. Именно поэтому улитки избегают воздействия прямых солнечных лучей. У организмов, живущих вблизи глубоководных источников, составные глаза вторично упрощены и адаптированы для обнаружения инфракрасного излучения, вырабатываемого гидротермальными источниками. Таким образом, данные организмы могут засечь горячие источники и не свариться живьем.

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов о глазах, их цвете, размере и строении:

1. Цвет глаз и генетика: Цвет глаз определяется несколькими генами, но основным из них является ген OCA2, который отвечает за уровень меланина в радужной оболочке. Интересно, что у людей с голубыми глазами есть общая предковая мутация, возникшая примерно 6-10 тысяч лет назад, что делает их потомками одного человека с этой мутацией.

2. Размер глаз: Глаза человека имеют примерно одинаковый размер на протяжении всей жизни. При рождении их диаметр составляет около 16-17 мм, а у взрослых — около 24 мм. Это означает, что глаза новорожденного составляют примерно 75% от размера глаз взрослого человека, что делает их относительно большими по сравнению с другими частями тела.

3. Строение глаза: Глаз состоит из нескольких важных частей, включая роговицу, хрусталик и сетчатку. Сетчатка содержит около 120 миллионов палочек (отвечающих за ночное зрение) и 6 миллионов колбочек (отвечающих за цветовое восприятие). Интересно, что колбочки делятся на три типа, чувствительные к разным длинам волн света, что позволяет человеку видеть широкий спектр цветов.

Радужная оболочка глаза

Эволюция глаз

Восприятие света — это процесс, имеющий глубокие корни в эволюции. Существует множество теорий, касающихся филогенеза. Широко признано, что все глаза животных имеют общее происхождение (монофилия), что подтверждается схожими генетическими характеристиками. Это означает, что разнообразие современных глаз восходит к прото-глазу, который, по предположениям, появился около 540 миллионов лет назад. Ген PAX6 считается ключевым элементом в этом эволюционном процессе. Основные усовершенствования глаз на ранних этапах их развития заняли несколько миллионов лет. С момента, когда первые хищники начали точно различать объекты, началась «гонка вооружений» среди видов, которые не могли избежать фотопического окружения. В результате этого происходило развитие сложных типов и подтипов глаз, за исключением тех групп, таких как позвоночные, которые в поздние этапы эволюции оказались вынуждены жить в фотопической среде.

Глаза многих животных адаптированы к их окружению. Например, хищные птицы обладают значительно большей остротой зрения, чем люди, а некоторые из них способны воспринимать ультрафиолетовое излучение. Разные формы глаз, такие как у позвоночных и моллюсков, являются примерами параллельной эволюции, несмотря на их различное происхождение. Фенотипическая конвергенция в геометрии глаз головоногих и большинства позвоночных создает иллюзию, что глаза позвоночных развивались на основе глаз головоногих, однако это не так, поскольку они имеют противоположные функции соответствующих классов опсинов и различия в структуре кристаллинов линз.

Самые примитивные глаза, известные как глазные пятна, представляли собой простые участки фоторецепторного белка у одноклеточных организмов. У многоклеточных животных развивались более сложные глазные пятна, которые физически напоминали рецепторы запаха и вкуса. Эти глазные пятна могли лишь различать яркость окружающего света: они умели отличать свет от тьмы, но не могли определить направление источника света.

Со временем глазные пятна животных, обитающих в хорошо освещенных средах, эволюционировали в ямки. Это позволяло им немного различать направленную яркость, используя угол, под которым свет воздействовал на определенные клетки для определения источника. Постепенно ямка углублялась, отверстие уменьшалось, а количество фоторецепторных клеток увеличивалось, создавая эффективный оптический аппарат с малым отверстием, способный смутно различать формы. Однако предки современных миксин, которые считаются протопозвоночными, вероятно, были вынуждены углубиться под воду, где они были менее уязвимы для хищников с хорошим зрением, и где было выгодно иметь выпуклые глаза, способные собирать больше света, чем плоские или вогнутые.

Тонкое разрастание прозрачных клеток на диафрагме глаза, изначально сформированное для защиты стигмы, позволяло содержимому глазной камеры адаптироваться к жидкости тела, оптимизируя фильтрацию света, блокируя вредное излучение и улучшая преломление света, а также функционирование вне воды. Прозрачные защитные клетки в конечном итоге разделяются на два слоя: между ними циркулирует жидкость, что обеспечивает более широкий угол обзора и лучшее разрешение изображения, а также увеличивает толщину прозрачного слоя, благодаря белку кристаллина.

Промежуток между слоями ткани естественным образом формирует биовыпуклую форму, которая является оптимальной для нормального преломления света. Прозрачный и непрозрачный слои отделены от линз: роговицей и радужкой. Передний слой формирует водянистую жидкость, что увеличивает преломляющую силу и улучшает кровообращение. Формирование непрозрачного кольца позволяет увеличить количество кровеносных сосудов, улучшая кровообращение и размеры глаз.

Глаза — это не только отражение души, но и объект бесконечного восхищения и обсуждения. Цвет глаз часто становится предметом споров: одни предпочитают глубокий карий, другие — яркий голубой или загадочный зеленый. Считается, что цвет глаз может влиять на восприятие человека: светлые глаза ассоциируются с открытостью и добротой, тогда как темные — с загадочностью и силой. Размер глаз также играет важную роль в восприятии: большие, выразительные глаза часто воспринимаются как признак молодости и невинности, в то время как маленькие могут создавать впечатление серьезности и сосредоточенности. Строение глаз, включая форму век и их расположение, также влияет на общее впечатление. Люди с миндалевидными глазами часто кажутся более экзотичными, в то время как круглые глаза могут придавать образу мягкость. В конечном итоге, глаза — это уникальный элемент, который способен рассказать о человеке больше, чем слова.

Типы глаз

Существует десять различных типов глаз – по сути, каждый способ захвата оптического изображения, обычно используется людьми, за исключением масштабирования и линз Френеля. Типы глаз можно классифицировать в две категории: простые глаза – с одной вогнутой фоточувствительной поверхностью; сложные глаза – включают определенное количество отдельных линз, находящихся на выпуклой поверхности. При этом стоит помнить о том, что простые глаза не всегда означают то, что они менее сложные или у них более низкая острота зрения. Более того, любой тип глаз может быть адаптирован почти для любого окружения и при любом образе жизни. Единственными ограничениями специфичными для глаз являются разрешение – физика сложных глаз препятствует им достичь разрешения выше «1». Также глаза суперпозиции могут достигать большей чувствительности по сравнению с аппозиционными глазами, поэтому они лучше подходят для ночных животных. Глаза также разделяются на две группы на основе их клеточного строения фоторецепторов: реснитчатые и рабдомерические. Эти две группы не являются монофилетическими; кишечнополостные также обладают реснитчатыми клетками, как и некоторые кольчатые черви.

Несложные глаза

Простые глаза встречаются почти повсюду, а глаза с линзами развивались, по крайней мере, семь раз у позвоночных, головоногих, кольчатых червей, ракообразных и кубомедуз.

Глазницы

Глазницы, также известные как стеммы, являются глазными пятнами, которые могут быть помещены в ямку для уменьшения угла падения света, который проникает и влияет на глазное пятно, чтобы позволить организмам определить угол входящего света. Находясь примерно у 85% типов, эти основополагающие формы, возможно, являлись предшественниками для более современных типов «простых» глаз. Они маленькие и включают примерно 100 клеток, покрывающих около 100 мкм. Направленность может быть улучшена за счет уменьшения размера отверстия, включения отражающего слоя позади рецепторных клеток или заполнения пятнышка рефрактильным материалом.

Ямкоголовые змеи развили пятнышки, которые функционируют как глаза, за счет измерения теплового инфракрасного излучения, в дополнение к восприятию длинных оптических волн.

Сферические линзовые глаза

Разрешение глазниц может быть сильно улучшено с помощью использования материала с высоким коэффициентом преломления для формирования линз. Они могут сильно уменьшить встречающийся радиус размытия, следовательно, повышая доступное разрешение. Наиболее основная форма, встречающаяся у некоторых брюхоногих моллюсков и кольчатых червей, состоит из линз с одним индексом показателя преломления. Гораздо более четкие изображения могут быть получены путем использования материалов с высоким показателем преломления, понижающимся к краям; это уменьшает фокусное расстояние, таким образом, позволяя получить четкое изображение на сетчатке. Также это обеспечивает широкую апертуру для данной резкости изображения, позволяя большему количеству света проникнуть в линзы; и плоским корректирующим линзам, уменьшающим сферическую аберрацию. Такие неоднородные линзы необходимы, чтобы фокусное расстояние снизилось с примерно 4 до 2,5 радиусов.

Гетерогенные глаза развивались, по крайней мере, девять раз: четыре или более – у брюхоногих, один – у веслоногих ракообразных, один – у кольчатых червей, один – у головоногих и один раз у панцирных моллюсков, которые имеют арагонитные линзы. Не один водный организм не обладает однородными линзами; предположительно давление эволюционного отбора на однородные линзы достаточно сильное на данном этапе, чтобы быстро перерасти.

Эти глаза создают четкие изображения, что при движении глаза возможно размытие изображения. Для уменьшения эффекта при движении глаза во время передвижения животного, большинство таких глаза обладают стабилизацией мышц глаза.

Фасеточные глаза насекомых имеют простые линзы, но их основной фокус всегда находится за сетчаткой, следовательно, они не могут формировать четкое изображение. Это уменьшает функциональность глаз. Простые глазки (глаза ямочного типа у членистоногих) смазывают изображение по всей сетчатке и, следовательно, отлично реагируют на быстрые изменения в интенсивности света по всему полю зрения. Этот быстрый ответ дальше ускоряется благодаря большим нервным связкам, которые стремительно отправляют информацию в мозг. Фокусировка изображения также влечет сосредоточение солнечных лучей на нескольких рецепторах, с последующим возможным повреждением из-за интенсивного света. Экранирование рецепторов блокировало бы свет и таким образом снижало бы их чувствительность. Такая быстрая реакция заставляет предположить, что простые глазки насекомых в основном используются во время полета, потому что они могут быть использованы для определения внезапных изменений в верхнем направлении (так как свет, особенно УФ излучение, поглощающееся растениями, обычно падает с высоты).

Множественные линзы

Некоторые морские организмы имеют больше одной линзы. Например, некоторые веслоногие ракообразные обладают тремя линзами. Внешняя линза имеет параболическую поверхность и противодействует эффектам сферической аберрации и при этом позволяет формироваться четкому изображению. Другие веслоногие имеют две линзы в каждом глазе, по строению напоминающие телескоп. Такое строение малоизучено из-за редкости, но представляет собой интересную альтернативу. Интересное применение множественных линз наблюдается у некоторых хищников, таких как орлы и прыгающие пауки, обладающие рефракцией роговицы: такое свойство имеют рассеивающие линзы, расширяющие наблюдаемое изображение на 50% по сравнению с рецепторными клетками, таким образом, увеличивая их оптическую разрешающую способность.

Рефракция роговицы

У глаз большинства млекопитающих, птиц, рептилий и большинства других наземных позвоночных (наряду с пауками и личинками насекомых) жидкость стекловидного тела имеет более высокий показатель преломления по сравнению с воздухом. У большинства линзы не сферические. Сферические линзы создают сферическую аберрацию. При рефракции роговицы, ткань линз корректируется материалом неоднородных линз или асферической формы. Сглаживание линз имеет недостаток; качество зрения уменьшается от основной линии фокуса. Таким образом, животные, которые развивались вместе с широким полем зрения часто, обладают глазами, которые используют неоднородные линзы.

Как указывалось ранее, рефракция роговицы полезна только вне воды. Существует небольшая разница показателя преломления между жидкостью стекловидного тела и окружающей водой. Следовательно, существа, вернувшиеся в воду, например, пингвины, тюлени теряют высокую выгнутость роговицы и возвращаются к зрительному восприятию, основанному на линзах. У гагарообразных альтернативным решением является наличие сильной фокусирующей роговицы.

Отражающие глаза

Альтернативой линз является выравнивание внутренней части глаза с помощью «зеркал» и отражение изображения для фокусировки на центральной части. Особенность этих глаз означает, что если бы один глаз смотрел в зрачок, то другой видел бы то же самое изображение, которое бы видел организм, отраженное обратно.

Многие маленькие организмы, такие как коловратки, веслоногие ракообразные используют такие органы, но они слишком маленькие, чтобы формировать удобное изображение. Некоторые крупные организмы, например гребешки, также используют отражающие глаза. Некоторые гребешки имеют отражающие глаза в масштабе до 100 миллиметров, опоясывающие края их панциря. Благодаря этому он может обнаружить движущиеся объекты, проходящие через последовательные линзы.

Существует единственное позвоночное, австралийский гидролаг, глаза которого используют отражающую оптическую систему для фокусировки света. Каждый глаз австралийского гидролага собирает свет снизу и сверху. Свет, падающий сверху, фокусируется линзами, в то время как свет, поступающий снизу – изогнутым многослойным зеркалом, состоящим из маленьких отражательных пластин, сделанных из кристаллов гуанина.

Сложные глаза

Сложный глаз может состоять из тысячи отдельных блоков фоторецепторов или омматидий. Изображение воспринимается как сочетание входящей информации от многочисленных омматидий (отдельные «глазные блоки»), расположенных на выпуклой поверхности, таким образом, указывающих немного на разные направления. По сравнению с простыми, сложные глаза обладают очень большим углом обзора и могут определять быстрое движение, а в некоторых случаях и поляризацию света. (Даже натренированный человеческий глаз может определить ориентацию поляризованного света, что проявляется в феномене, который называется щётками Гайдингера). Так как отдельные линзы слишком малы, эффекты дифракции накладывают ограничение на возможное получаемое разрешение (при условии, что они не функционируют как фазированный массив). Это можно преодолеть только за счет увеличения размера и количества линз. Чтобы видеть с таким же разрешением, людям бы потребовались глаза, каждый из которых был бы размером с их голову.

Сложные глаза делятся на две группы: аппозиционные глаза, которые формируют множественные инвертированные изображения, и глаза суперпозиции, формирующие одно нормальное изображение. Сложные глаза распространены среди членистоногих, а также встречаются у кольчатых червей и некоторых двустворчатых моллюсков.

Сложные глаза, по крайней мере, у членистоногих, растут по краям путем добавления новых омматидий.

Аппозиционные глаза

Аппозиционные глаза являются наиболее распространенной формой глаз, и, по-видимому, являются предшествующей формой составных глаз. Они находятся у всех групп членистоногих, хотя возможно они развивались больше одного раза в переделах этого типа. Некоторые кольчатые черви и двустворчатые моллюски также обладают аппозиционными глазами. Они также находятся у мечехвостов. Также существуют предположения, что хелицеровые развили свои глаза за счет сокращения от сложного исходного положения. (Некоторые гусеницы, судя по всему, развили сложные глаза из простых противоположным способом).

Аппозиционные глаза работают, собирая определенное количество изображений и комбинируя их в мозгу. Как правило, каждый глаз соответствует одной точке информации.

Обычный аппозиционный глаз имеет линзы, фокусирующие свет с одного направления на зрительной палочке, в то время как свет, поступающий с других направлений, поглощается темной стенкой омматидия. Другой вид аппозиционных глаз, встречаемый у веерокрылых, имеет не слитые друг с другом линзы, и каждая из них формирует отдельное изображение; эти изображения комбинируются мозге. Такой тип глаз называется шизохроическим сложным глазом или нейронным глазом суперпозиции. Так как изображения комбинируются аддитивно, такой механизм позволяет видеть при низких уровнях освещенности.

Глаза суперпозиции

Глаза суперпозиции делятся на три типа: преломляющие, отражающие и параболические. Преломляющие глаза суперпозиции имеют промежуток между линзами и зрительной палочкой и не боковой стенкой. Каждая линза принимает свет под углом к своей оси и отражает его под тем же углом на другой стороне. Результатом является изображение на половину радиуса глаза, которое находится на кончиках зрительных палочек. Этот тип сложного глаза обычно находится у ночных насекомых, потому что он может создавать изображения в 1000 раз светлее, чем аналогичные аппозиционные глаза. При этом снижается разрешение. В параболическом глазе суперпозиции (находится у таких членистоногих как подёнки), параболические поверхности внутренней части каждой фасетки фокусируют свет от отражателя до сенсорной матрицы. Длиннотелые десятиногие ракообразные, такие как креветки, раки и омары, единственные кто обладает отражающими глазами суперпозиции, которые также имеют прозрачный промежуток, но вместо линз используют отражающие зеркала.

Параболическая суперпозиция

Этот тип глаз преломляет свет, а затем, используя параболические зеркала, фокусируют изображение. Он сочетает в себе свойства аппозиционных и глаз суперпозиции.

Другие

Хорошие летающие насекомые, такие как мухи или медоносные пчелы имеют специальные зоны омматидий устроенных в ямочные области, которые обеспечивают острое зрение. В этих зонах глаза сплющены, а грани большие. Уплощённость позволяет большему количеству омматидий получать свет и, следовательно, увеличивает расширение. Черное пятнышко, которое можно увидеть на сложных глазах некоторых насекомых, всегда, кажется, смотрит непосредственно на наблюдателя, и называется ложным зрачком. Это возникает, потому что омматидии, которые смотрят вперед (вдоль их оптической оси) поглощают свет, в то время как другие отражают его.

Существуют определенные исключения вышеперечисленных типов. Некоторые насекомые имеют так называемые одно линзовые сложные глаза. Это промежуточный тип, который находится где-то между много линзовым глазом суперпозиции и одно линзовым глазом, находящимся у животных с простыми глазами. Также существуют креветки, которые имеют преломляющий глаз суперпозиции. При этом позади них присутствует одна фасетка, которая в диаметре в три раза больше. За ней находится кристаллический конус. Это проектирует вертикальное изображение на специальную сетчатку. В результате этого глаз представляет собой сочетание простого и сложного глаза.

Другой вариант – псевдофасетный глаз, который есть у обыкновенной мухоловки. При этом типе, глаз состоит из скопления многочисленных глазков по бокам головы, устроенных таким образом, что создается впечатление, что это настоящий сложный глаз.

Тело некоторых офиур покрыто омматидиями, что превращает их кожу в сложный глаз. Такое также наблюдается и у некоторых хитонов. Некоторые морские ежи содержат фоторецепторные белки, которые вместе выступают в качестве глаза. Им не хватает пигментов для зрительного восприятия, но они могут определить направление света по тени отбрасываемой их непрозрачным телом.

Питательные вещества

Ресничное тело в горизонтальном сечении является треугольным и покрыто двойным слоем реснитчатого эпителия. Внутренний слой – прозрачный, покрывает стекловидное тело и непрерывен от нервной ткани сетчатки. Внешний слой является сильно пигментированным и слитым с пигментным эпителием сетчатки. Он составляет клетки расширяющей мышцы.

Стекловидное тело – прозрачная, бесцветная желеобразная масса, которая заполняет пространство между линзами глаза и сетчатки выстилающей заднюю часть глаза. Оно вырабатывается определенными клетками сетчатки. По составу оно похоже на роговицу, но содержит очень мало клеток (в основном фагоциты, которые удаляют ненужные омертвевшие клетки кожи с поля зрения, а также гиалоциты на поверхности стекловидного тела, которые перерабатывают гиалуроновую кислоту). В нем также нет кровеносных сосудов, и на 98-99% оно состоит из воды (для сравнения, в роговице 75%) с солями, сахарами и витрозином (коллаген), комплексом коллагеновых волокон 2-го типа вместе с мукополисахаридной гиалуроновой кислотой, а также широким набором белков в малых количествах. Удивительно, что такой слабо твердый материал, крепко держит глаз.

Что означают глаза разного размера?

Связь с условиями жизни

Глаза, как правило, адаптированы к окружающей среде и условиям существования организма. Например, распределение фоторецепторов часто соответствует местности, где требуется наибольшая острота зрения. Так, существа, наблюдающие за горизонтом, такие как обитатели африканских равнин, имеют горизонтальную линию с высокой плотностью ганглиев. Животным, живущим на деревьях, необходимо хорошее всестороннее зрение, что приводит к симметричному распределению ганглиев, при этом острота зрения уменьшается от центра к краям.

Разумеется, большинство глаз не могут выходить за пределы сферической формы, поэтому в них может изменяться лишь плотность оптических рецепторов. У организмов со сложными глазами именно количество омматидий, а не ганглиев, отвечает за отображение области с высоким уровнем сбора информации.

Оптические глаза суперпозиции ограничены сферической формой, однако другие типы сложных глаз могут принимать такие формы, которые позволяют разместить больше омматидий, например, в горизонтальном положении, не изменяя их плотность и размер. Глаза существ, наблюдающих за горизонтом, имеют ножки, что позволяет им легко адаптироваться к наклону горизонта, например, когда животное находится на склоне. Расширяя эту идею, можно отметить, что глаза хищников часто имеют области с высокой остротой зрения в центре, что помогает им идентифицировать добычу. У глубоководных организмов может отсутствовать увеличенная центральная часть глаз. Амфиподы-гиперииды, обитающие на больших глубинах, питаются существами, находящимися выше. Их глаза почти разделены на две части, с верхней областью, которая, как считается, используется для определения силуэтов потенциальной добычи или хищников на фоне тусклого света сверху. Таким образом, глубоководные гиперииды, где свет, с которым необходимо сравнивать силуэты, очень слабый, имеют большие «верхние глаза» и могут утратить нижнюю часть своих глаз. Глубина восприятия может быть улучшена за счет глаз, увеличенных в одном направлении; небольшое искажение глаза позволяет точно определять расстояние до объекта.

Острота зрения выше у мужских особей, которые спариваются в воздухе, поскольку им необходимо уметь различать и оценивать потенциальных партнёрш на большом фоне. В то же время глаза организмов, активно действующих в условиях низкой освещенности, например, на рассвете, в сумерках или в глубоких водах, имеют тенденцию к увеличению, чтобы повысить количество воспринимаемого света.

В зависимости от условий обитания изменения могут затрагивать не только форму глаза. Глаза могут быть наиболее заметной частью тела, что проявляется в наличии более прозрачных глаз.

Глаза могут располагаться на ножках для обеспечения лучшего всестороннего зрения, поднимаясь над панцирем организма. Это также позволяет отслеживать хищников или охотиться, не поворачивая голову.

Острота зрения

Острота зрения или разрешающая способность – это «способность различать мелкие детали»; она является свойством колбочковых клеток. Зачастую острота зрения измеряется в циклах на градус, которые соответствуют углу разрешения или тому, сколько раз глаз может отличать один объект от другого в пределах определенного угла видимости. Разрешение в циклах на градус может измеряться с помощью гистограмм различного количества белых/черных чередований цикла. Например, если каждый образец в ширину составляет 1,75 см и расположен на расстоянии 1 метра от глаз, то образуется угол в 1 градус, поэтому количество белых/черных пар на образце будет измеряться циклами на градус этого образца. Наибольшее такое количество, которое глаз может разрешить в виде полос или отличить от серых блоков и является измерением остроты зрения.

Для человеческого глаза при отличной остроте зрения, теоретическое максимально возможное разрешение составляет 50 циклов на градус (1,2 аркминуты на одну пара линию или 0,35 мм пара линий на 1 м). Крысы могут разрешать примерно от 1 до 2 циклов на градус. Лошадь обладает более высокой остротой зрения благодаря большему обзору, но при этом, не соответствует высокой остроте зрения центральной ямки человеческого глаза.

Сферическая аберрация ограничивает разрешение с 7 мм зрачка до 3 мм на одну пара линию. При диаметре зрачка 3 мм сферическая аберрация значительно снижается, в результате чего улучшается разрешение примерно на 1,7 акрминут на одну пара линию. Разрешение – 2 акрминуты на пара линию, равно одному акрминутному разрыву в оптотипе, соответствующее 20/20 (нормальному зрению) у человека.

Тем не менее, в сложном глазе, разрешение связано с размером отдельных омматидий и расстоянием между соседней омматидией. Физически они не могут быть уменьшены в размере, чтобы достичь остроты видимости как в одно линзовых глазах млекопитающих. Сложные глаза обладают намного меньшей остротой зрения, чем глаза млекопитающих.

Восприятие цвета

Хроматическое зрение представляет собой способность живых существ различать свет в зависимости от его спектральных характеристик. Все организмы имеют свои ограничения и способны воспринимать лишь узкий диапазон электромагнитного спектра, который в основном колеблется между длинами волн 400 и 700 нм. Это довольно ограниченная часть спектра, что можно объяснить эволюцией зрения в водной среде: вода поглощает большую часть света, оставляя лишь два небольших «окна» в электромагнитном спектре, и у наземных животных не было достаточного эволюционного давления для расширения этого диапазона.

Наиболее чувствительным пигментом является родопсин, который достигает максимальной чувствительности при 500 нм. Небольшие изменения в генах, кодирующих этот белок, могут незначительно корректировать его чувствительность на несколько нанометров. Пигменты в глазных линзах также способны фильтровать поступающий свет, что влияет на максимальную чувствительность. Многие организмы не различают цвета, но способны воспринимать оттенки серого. Для цветного зрения необходим набор пигментных клеток, которые чувствительны к более узким диапазонам спектра. У приматов, гекконов и других существ эти клетки представлены колбочковыми клетками, которые эволюционировали из более чувствительных палочковидных клеток. Даже если организм физически способен различать цвета, это не всегда означает, что он может их воспринимать; это можно определить только с помощью поведенческих экспериментов.

Большинство существ с цветным зрением способны обнаруживать ультрафиолетовое излучение, которое может быть опасным для рецепторных клеток. За редким исключением (например, у змей и плацентарных млекопитающих), большинство организмов избегают его воздействия благодаря масляным каплям, которые окружают колбочковые клетки. Другие организмы, не имеющие механизма масляных капель, в процессе эволюции адаптировали свои линзы так, чтобы они были устойчивы к УФ-излучению, однако это не исключает возможности его обнаружения, так как ультрафиолетовое излучение не достигает сетчатки глаза.

Палочки и колбочки

Сетчатка состоит из двух основных типов светочувствительных фоторецепторных клеток, использующихся для зрительного восприятия: палочки и колбочки.

Палочки не могут различать цвета, но они отвечают за тусклое (скотопическое) монохромное (черно-белое) зрительное восприятие. Они хорошо работают в полумраке, так как содержат пигмент – родопсин (зрительный пурпур), который чувствителен к низкой интенсивности света, но при высокой (фотопической) интенсивности – подавляется. Палочки распределены по всей сетчатке, но в центральной ямочке и слепом пятне их нет. Наибольшая скученность палочек находится в периферической зоне сетчатки, а наименьшая – в центре сетчатки.

Колбочки отвечают за цветное зрение. По сравнению с палочками они требует больше яркого света для функционирования. У людей существует три типа колбочек: максимально чувствительные к длинноволновому, средневолновому и коротковолновому свету (часто упоминается как красный, зеленый и синий, соответственно, хотя пики чувствительности на самом деле находятся не в этих цветах). Цвет является совокупным эффектом стимуляции и ответа этих трех типов клеток. Колбочки в основном сосредоточены внутри и возле центральной ямки. Лишь несколько находится по бокам сетчатки. Объекты рассматриваются наиболее резко в фокусе, когда их изображение попадает на сетчатку, а также при непосредственном смотрении на объект. Палочки и колбочки связаны через промежуточные клетки в сетчатке с нервными волокнами глазного нерва. Когда палочки и колбочки стимулируются светом, они соединяются с соседними клетками в сетчатке, чтобы послать электрический сигнал нервным волокнам зрительного нерва. В результате этого зрительные нервы посылают импульсы в мозг по этим волокнам.

Пигментация

Пигментные молекулы, присутствующие в глазах, разнообразны. Их анализ может помочь в выявлении эволюционных различий между различными группами организмов. Кроме того, они позволяют установить степень родства между ними, хотя в этом процессе могут возникать проблемы, связанные с конвергенцией.

Опсины представляют собой пигменты, играющие ключевую роль в восприятии света. Другие пигменты, такие как меланин, выполняют защитную функцию, оберегая фоторецепторные клетки от избыточного света. Группа опсинов появилась задолго до появления последнего общего предка всех животных и продолжает эволюционировать с течением времени.

Существует два основных типа опсинов, участвующих в зрительном восприятии: с-опсины, которые связаны с фоторецепторными клетками цилиарного типа, и r-опсины, ассоциированные с фоторецепторными клетками рабдомерического типа. У позвоночных животных обычно встречаются реснитчатые клетки с с-опсинами, тогда как у беспозвоночных (билатеральных) – рабдомерические клетки с r-опсинами. Однако некоторые ганглиозные клетки позвоночных также могут содержать r-опсины. Считается, что их предки использовали этот пигмент для восприятия света, и поэтому он сохранился в их глазах. Кроме того, с-опсины обнаруживаются в мозгах некоторых беспозвоночных, что может свидетельствовать о том, что они были выражены в реснитчатых клетках глаз личинок, которые затем были интегрированы в мозг во время метаморфозы. С-опсины также присутствуют в глазах некоторых производных билатеральных беспозвоночных, например, в мантийных глазах двустворчатых моллюсков. Тем не менее, в боковых глазах, которые, вероятно, представляют собой наследственный тип этой группы, всегда используются r-опсины. Кишечнополостные, являющиеся корневой группой вышеупомянутого таксона, проявляют как с-опсины, так и r-опсины. Интересно, что меланин у кишечнополостных вырабатывается тем же образом, что и у позвоночных, что указывает на общее происхождение этого пигмента.

Заболевания глаз и их влияние на зрение

Глаза, как важнейший орган чувств, подвержены различным заболеваниям, которые могут существенно повлиять на качество зрения. Заболевания глаз могут быть как врожденными, так и приобретенными, и их влияние на зрение может варьироваться от легкого дискомфорта до полной потери зрения.

Одним из наиболее распространенных заболеваний является близорукость (миопия), при которой человек видит хорошо вблизи, но плохо вдали. Это происходит из-за того, что световые лучи фокусируются перед сетчаткой. Близорукость может развиваться в детском возрасте и прогрессировать с ростом человека. Лечение включает в себя ношение очков или контактных линз, а в некоторых случаях — хирургическое вмешательство.

Дальнозоркость (гиперопия) — это противоположное состояние, при котором человек видит лучше вдали, чем вблизи. При дальнозоркости световые лучи фокусируются за сетчаткой. Это заболевание также может быть связано с возрастными изменениями, когда хрусталик теряет свою эластичность. Лечение аналогично близорукости и включает в себя коррекцию зрения с помощью очков или линз.

Катаракта — это заболевание, при котором происходит помутнение хрусталика, что приводит к ухудшению зрения. Катаракта чаще всего развивается у пожилых людей, но может также возникать в результате травм, заболеваний или длительного воздействия ультрафиолетового света. Лечение катаракты обычно требует хирургического вмешательства, при котором помутневший хрусталик заменяется на искусственный.

Глаукома — это группа заболеваний, характеризующихся повышенным внутриглазным давлением, что может привести к повреждению зрительного нерва и потере зрения. Глаукома часто протекает бессимптомно, поэтому регулярные осмотры у офтальмолога крайне важны для раннего выявления и лечения. Лечение может включать в себя медикаментозную терапию, лазерные процедуры или хирургическое вмешательство.

Сетчатка также может подвергаться различным заболеваниям, таким как диабетическая ретинопатия, которая возникает у людей с диабетом и может привести к потере зрения. Это заболевание связано с повреждением кровеносных сосудов сетчатки и требует регулярного контроля уровня сахара в крови и своевременного лечения.

Кроме того, существуют и другие заболевания, такие как макулярная дегенерация, воспалительные процессы, травмы и опухоли, которые могут оказывать значительное влияние на зрение. Важно помнить, что ранняя диагностика и лечение заболеваний глаз могут значительно улучшить прогноз и сохранить зрение на долгие годы.

Вопрос-ответ

Как цвет глаз влияет на восприятие света?

Цвет глаз может влиять на восприятие света, так как меланин, содержащийся в радужной оболочке, поглощает свет. Люди с темными глазами (например, карими) обычно лучше справляются с ярким солнечным светом, в то время как светлые глаза (голубые или зеленые) могут быть более чувствительными к яркому свету из-за меньшего количества меланина.

Какой размер глаз считается нормальным для человека?

Средний диаметр человеческого глаза составляет около 24 миллиметров. Однако размер глаз может варьироваться в зависимости от индивидуальных особенностей и возраста. У новорожденных глаза обычно больше пропорционально телу, а с возрастом размер глаз может изменяться.

Каково строение глаза и его основные функции?

Глаз состоит из нескольких основных частей: роговицы, хрусталика, сетчатки и зрительного нерва. Роговица и хрусталик фокусируют свет на сетчатке, где находятся фоторецепторы, преобразующие световые сигналы в нервные импульсы. Эти импульсы передаются в мозг через зрительный нерв, что позволяет нам видеть окружающий мир.

Советы

СОВЕТ №1

Обратите внимание на цвет глаз: он может многое рассказать о вашем здоровье и генетике. Например, светлые глаза могут быть более чувствительными к яркому свету, в то время как темные глаза лучше защищены от ультрафиолетового излучения. Учитывайте это при выборе солнцезащитных очков.

СОВЕТ №2

Регулярно проверяйте зрение у офтальмолога, особенно если у вас есть наследственные заболевания глаз. Это поможет выявить проблемы на ранней стадии и сохранить здоровье ваших глаз на долгие годы.

СОВЕТ №3

Следите за размером зрачков: они могут изменяться в зависимости от освещения и эмоционального состояния. Если вы заметили постоянные изменения в размере зрачков, это может быть признаком проблем со здоровьем, и стоит обратиться к врачу.

СОВЕТ №4

Уделяйте внимание строению глаз: знание о том, как устроены глаза, поможет вам лучше понять их функции и важность ухода за ними. Например, регулярное увлажнение и защита от цифрового перенапряжения могут значительно улучшить ваше зрение.