29.07.2012

Чтобы видеть в мутной воде, рыба-слон пользуется фасеточной сетчаткой

Рыба-слон, обитающая в водоёмах с мутной водой, концентрирует слабый свет с помощью системы зеркал, направляющих его к колбочкам. В результате у рыбы работают одновременно оба типа фоторецепторов, и видит она хотя и менее чётко, зато относительно далеко, пишет Ars Technica.

Зрение позвоночных основано на работе двух видов рецепторных клеток — палочек и колбочек. Колбочки менее чувствительны, зато благодаря им у нас есть цветное зрение. Вечером (ночью) колбочки уступают место более чувствительным палочкам: цвета становятся менее различимы, но можно видеть при низкой освещённости. У кошек, например, палочек больше, поэтому они и могут охотиться в густой темноте.

Устройство сетчатки африканской рыбы-слона, или гнатонемуса Петерса (Gnathonemus petersii), на первый взгляд кажется исключительно неразумным: светочувствительные палочки спрятаны за колбочками, а колбочки собраны в чашеобразные кластеры, что должно уменьшать разрешающую способность глаза. Учитывая, что слонорыл живёт в мутной, грязной воде африканских водоёмов, удивительно, что он вообще что-то видит. Но первое впечатление обманчиво: оказывается, глаза гнатонемуса созданы как раз для того, чтобы видеть в непрозрачной среде. Целая команда зоологов из нескольких университетов Германии, Великобритании и России занималась структурой сетчатки рыбы-слона; результаты этой работы исследователи представили на страницах Science.

Выяснилось, что чашеобразные структуры в сетчатке гнатонемуса, на дне которых сидят колбочки, содержат слои кристаллов гуанина, которые работают как умножающие свет зеркала. Эти молекулярно-кристаллические зеркала отражают красный свет: всё равно в мутной воде остальные цвета поглощаются средой, не достигая глаз рыбы. Красный свет многократно отражается и усиливается внутри чаши с колбочками, и когда он наконец-то достигает дна с колбочками, клетки имеют дело с сигналом, который в пять раз мощнее исходного. В итоге низкочувствительные колбочки получают достаточно света, чтобы передать информацию в мозг. В этом случае до палочек, которые лежат позади них, света доходит ещё меньше, и они, реагируя на малую освещённость, работают вместе с колбочками.

У человека оба вида фоторецепторов работают в течение дня поочерёдно, а перекрываются только утром и вечером, когда ослабление света заставляет включиться палочки, но и колбочкам ещё хватает освещённости. У слонорыла, как выяснили исследователи, постоянно действуют и те и другие. Но остаётся другая проблема: размещение колбочек по чашеобразным кластерам, которые можно уподобить фасеткам, уменьшает разрешение. Если колбочки равномерно рассеяны по сетчатке, изображение в мозгу складывается из множества «пикселов», каждый из которых соответствует колбочке. Но в случае групп колбочек эти «пикселы» увеличиваются и чёткость изображении падает. Это значит, что мелких объектов слонорыл видеть не может. Однако это ему и не нужно: в мутной воде важно вовремя различить крупного хищника, заметить его издалека, из-за завесы водяной мути и пузырьков воздуха, и скрыться от него. Подробности внешнего вида врага в этом случае совершенно не важны.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА