Proč má hmyz kulaté oči? Jak hmyz vidí: Proč-proč. Dětské otázky
Tyto velké zrakové orgány, které jsou hlavními fotoreceptory u mnoha druhů hmyzu, se skládají z tisíců fotoreceptorových buněk. Většina dospělého hmyzu má pár očí umístěný po stranách hlavy. Každé oko se skládá z mnoha dlouhých válcových jednotek citlivých na světlo – ommatidia. Složené oko vážky se skládá z 10 ze 4 000 much domácí. Každá ommatidia se jeví jako šestiúhelníková kutikulární faseta, která dává složeným očím jejich charakteristický vzhled.
Pro každého ommatidia jsou charakteristické dvě hlavní složky (obr. 6.9):
1. Optický přístroj, který sbírá světlo, se skládá z vnější průhledné bikonvexní nebo plankonvexní čočky (obr. 6.10), tzv. objektivNebo rohovka, obklopené kutikulou. Čočka vzniká sekrecí speciálních buněk podkoží. Jelikož je čočka prodloužením kutikuly, je nepohyblivá. Nachází se pod objektivem křišťálový kužel (obr. 6.9, 6.11) a skupina primárních pigmentových buněk, které obvykle obklopují krystalický kužel. U primitivního hmyzu, jako je stříbřitá rybka, se však pigmentové buňky nenacházejí kolem krystalového kužele, ale pod čočkou.
2. Smyslový receptorový aparát je umístěn pod optickým. Skládá se z citlivých popř retinální buňky, shromážděné ve skupinách, na jejichž centrálním povrchu je mnoho nejtenčích neurofibril. Axon z každé buňky sítnice prochází bazální membránou a jde do mozku. Dendrity každé skupiny sítnicových buněk tvoří komplexní tyčinkovitou formaci citlivou na světlo – rabdom. Rhabdom obsahuje vizuální pigmenty – rodopsiny, jejichž konfigurace molekul při dopadu světla podléhá změnám, vedoucím ke změně energetického stavu světlocitlivých buněk. Informace o těchto změnách se přenášejí prostřednictvím senzorických neuronů do mozku. Rhabdom a skupina buněk sítnice jsou obvykle obklopeny sekundárními pigmentovými buňkami, které v různé míře omezují vstup světla z přilehlých ommatidií.
Světlo dopadající na ommatidium je zaostřeno čočkou, poté vedeno krystalickým kuželem do rhabdomu, kde způsobuje změny vizuálních pigmentů. Informace o těchto změnách přenášených do nervových zakončení je posílána do mozku Každá ommatidia složeného oka funguje jako jedna fotoreceptorová jednotka, přenášející signál do mozku, signály vnímané jednotlivými ommatidií a přenášené do mozku, as výsledkem čehož se v hmyzu vytvoří obraz předmětu.
Pokud se intenzita světla mění velmi silně, může být povaha procesů probíhajících ve složeném oku hmyzu odlišná. U mnoha druhů hmyzu se v jasném světle sekundární stínící pigment šíří dolů mezi ommatidií a pak se do rhabdomu dostane pouze světlo procházející čočkou jeho ommatidií. Výsledný obrázek se v tomto případě nazývá apozičníNebo fotopický. Je to běžné u denního hmyzu (obr. 6.12, A) a je účinné při zaznamenávání pohybu, protože každá ommatidia snímá pohybující se objekt. Při slabém osvětlení je sekundární stínící pigment redukován a paprsky pronikající do očí mohou dráždit několik ommatidií najednou. Tento typ získávání obrazu se nazývá superpozičníNebo skotopický (obr. 6.12, B), a nachází se u nočního a soumrakového hmyzu. Superpoziční vidění umožňuje vnímat imputace v intenzitě světla, ale zjevně neumožňuje rozlišit obrysy předmětů.
Přestože malý počet fotoreceptorů ve složeném oku hmyzu umožňuje získat pouze přibližný obraz předmětů, nesrovnatelný například s obrazem získaným lidským okem, kde počet fotoreceptorů dosahuje 130 milionů, hmyz má výjimečná schopnost rozlišovat blikání předmětů. Oko hmyzu dokonale zaznamenává obrazy měnící se ve velmi krátkých časových intervalech, protože rabdomy se po obdržení každého světelného pulzu rychle vrátí do původního stavu. Mouchy zachytí až 265 záblesků za sekundu, zatímco lidské oko pouze a obvykle ještě méně – Světlo zářivky, blikající 60krát za sekundu, lidé vnímají jako nepřetržité a hmyz jako sled záblesků. Detekce blikání umožňuje hmyzu detekovat velmi jemné pohyby v jejich prostředí.
6.9. Schematické znázornění složeného oka a ommatidia
A. Vertikální řez částí oka. B. Typická struktura ommatidií. 1 – ommatidiální faseta, 2 – oční pouzdro, 3 – kornegenní buňka, 4 – bazální membrána, 5 – čočka (rohovka), 6 – krystalický čípek, 7 – pigmentové buňky, 8 – rabdomie, 9 – buňka sítnice, 10 – nervy.
6.10. Vnější povrch několika čoček složeného oka komára Aedes aegypti
Povrch každé čočky má jemný, pravidelný vzor, tvořící strukturu, která neodráží světlo; × 4.
6.11. Vnitřek složeného oka drátovce (Elateridae)
jsou viditelné krystalické čípky umístěné pod čočkou; × 2 200.
6.12. Diagram znázorňující získávání obrazu ve složených očích
A. Apoziční typ složeného oka. B. Typ superpozice; vlevo – přizpůsobení oka světlu, vpravo – tmě. 1 – čočka, 2 – krystalický kužel; 3 – pigmentová buňka; 4 – rabdom; 5 – buňka sítnice.
Při velkém zvětšení oko hmyzu připomíná jemnou mřížku.
 |  |  |
| Oko vážky | Mravenčí oko | Oko mouchy |
Oko hmyzu se totiž skládá z mnoha malých „oček“ – faset. Oči hmyzu se nazývají fasetovaný. Drobné fasetové oko se nazývá ommatidium. Ommatidium má vzhled dlouhého úzkého kužele, jehož základem je čočka ve tvaru šestiúhelníku. Odtud název složené oko: aspekt přeloženo z francouzštiny znamená „okraj“.
1 – fazety rohovky; 2 – zařízení lámající světlo;
3 – pigmentové buňky; 4 – zrakové buňky;
5 – světlocitlivý prvek ommatidia;
6 – procesy vizuálních buněk, které jdou do optických ganglií;
7 – pokrývky hlavy; 8 – oční kapsle.
Svazek ommatidií tvoří složité kulaté oko hmyzu.
Každé ommatidium má velmi omezené zorné pole: zorný úhel ommatidia ve střední části oka je pouze asi 1 ° a na okrajích oka – až 3 °. Ommatidium „vidí“ pouze tu nepatrnou oblast předmětu před očima, na kterou je „namířeno“, to znamená, kam směřuje pokračování jeho osy. Ale protože ommatidia spolu těsně sousedí a jejich osy v kulatém oku se radiálně rozbíhají, celé složené oko zahrnuje objekt jako celek. Obraz předmětu je navíc mozaikový, tedy složený ze samostatných dílků.
Počet ommatidií v oku se u hmyzu liší. Mravenec dělnice má v oku jen asi 100 ommatidií, moucha domácí asi 4000 5000, včela dělnice 17 000, motýli až 30 000 a vážky až XNUMX XNUMX! Mravenec má tedy velmi průměrné vidění, zatímco obrovské oči vážky – dvě duhové polokoule – poskytují maximální zorné pole.
Protože se optické osy ommatidií rozbíhají v úhlech 1–6°, není jasnost obrazu hmyzu příliš vysoká: nerozlišují malé detaily. Většina hmyzu je navíc krátkozraká: vidí okolní objekty ve vzdálenosti jen několika metrů. Složené oči však výborně rozlišují blikání (blikání) světla s frekvencí až 250–300 Hz (u lidí je maximální frekvence asi 50 Hz). Oči hmyzu dokáží určit intenzitu světelného toku (jas) a navíc mají jedinečnou schopnost: dokáží určit rovinu polarizace světla. Tato schopnost jim pomáhá s orientací, když na obloze není vidět slunce*.
Hmyz vidí barvy, ale ne stejným způsobem jako my. Například včely „neznají“ červenou barvu a nerozlišují ji od černé, ale vnímají ultrafialové paprsky, které jsou pro nás neviditelné a nacházejí se na opačném konci spektra. Někteří motýli, mravenci a další hmyz dokážou také detekovat ultrafialové světlo. Mimochodem, je to právě slepota opylujícího hmyzu v našich končinách vůči červené barvě, která vysvětluje kuriózní skutečnost, že mezi naší divokou flórou nejsou rostliny s šarlatovými květy.
*Světlo vycházející ze Slunce není polarizované, tj. jeho fotony mají libovolnou orientaci. Při průchodu atmosférou je však světlo polarizováno v důsledku rozptylu na molekulách vzduchu a rovina jeho polarizace je vždy namířena směrem ke Slunci.
Mimochodem.
Kromě složených očí má hmyz tři jednoduché oceli o průměru 0,03-0,5 mm, které jsou umístěny ve tvaru trojúhelníku na čelně-temní ploše hlavy. Tyto oceli nejsou uzpůsobeny k rozlišování objektů a jsou potřebné k zcela jinému účelu. Měří průměrnou úroveň osvětlení, která se používá jako referenční bod („nulový signál“) při zpracování vizuálních signálů. Pokud tyto oceli přelepíte páskou, hmyz si zachová schopnost prostorové orientace, ale bude schopen létat pouze za jasnějšího světla než obvykle. Důvodem je, že přelepené oceli berou černé pole jako „průměrnou úroveň“ a nastavují tak širší rozsah osvětlení pro složené oči, což v důsledku snižuje jejich citlivost.