у каких животных круглые зрачки
Самые необычные формы зрачков у животных
В животном мире существует несколько форм зрачков. И это не только круглые или вертикальные, как у кошек и некоторых змей. У овец и осьминогов, например, зрачки прямоугольные, а самые сложные, пожалуй, у каракатиц.
При ярком дневном свете зрачки коз, овец и некоторых других травоядных животных имеют вид горизонтальной прорези, а когда расширяются, становятся прямоугольными.
Такая форма обеспечивает угол обзора до 340° без поворота головы. Это помогает животным лучше ориентироваться на местностях с равнинным рельефом и, конечно, вовремя замечать хищников. Для сравнения, у человека угол обзора 160-180°.
Глаза с прямоугольными зрачками также у осьминогов и мангустов.
У морской лисицы (она же колючий скат) зрачок с необычным выростом в верхней части, который является частью аппарата эхолокации.
У дневных змей зрачки круглые, у ночных – вертикальные, а у плетевидной носатой змеи они похожи на стрелки.
У некоторых гекконов, которые ведут вечерне-ночной образ жизни, необычные вертикальные зрачки с волнистыми краями. Оказывается, при смыкании зрачок «разбивается» на точечные отверстия; каждое фокусирует свое изображение на сетчатку, а при наложении их друг на друга — ящерица получает исключительно четкую картинку.
У каракатицы тоже зрачки необычной формы – буквой W.
Лягушки бывают настоящие и не настоящие. У всех «подлинных» амфибий зрачок горизонтальный.
А эту необычную рыбку анаблепс из Южной Америки еще называют четырехглазой. В каждом ее глазу по два зрачка: один — вверху, а другой — внизу. Половину выпученного глаза и один свой зрачок рыбешка выставляет наружу и смотрит, что происходит над водной гладью, тогда как нижний зрачок в это же время наблюдает за тем, что происходит под водой.
Форма зрачка зависит от образа жизни
Рис. 1. A — формы зрачка: вертикальный (кошка), округлый (рысь), круглый (человек) и горизонтальный (овца). B — распределение 214 видов животных по форме зрачка и по образу жизни (Herbivorous — травоядные, Active — активные хищники, разыскивающие жертву, и Ambush — хищники, поджидающие жертву в засаде). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances
У наземных хищников, нападающих из засады, чаще всего встречается вертикальная щель зрачка, а у их жертв, травоядных животных, щель зрачка чаще ориентирована горизонтально. Ученые объясняют эту закономерность различными целями животных двух групп. Вертикальный зрачок позволяет хищникам резче видеть вертикально ориентированные объекты, такие, как их жертвы, а травоядным животным, наоборот, нужно обозревать широкие горизонты, чтобы вовремя заметить хищника, поэтому их зрачки часто приспособлены к тому, чтобы резче видеть горизонтальные линии.
Зрачок регулирует количество света, падающее на сетчатку. Помимо круглых зрачков, просвет которых определяется круговой мышцей — сфинктером зрачка, в природе часто встречаются щелевидные зрачки, снабженные дополнительной парой мышц. Диапазон просвета щелевидного зрачка шире, чем у круглого: площадь вертикального зрачка кошки может меняться в 135 раз, а круглого зрачка человека — только в 15. Поэтому щелевидные зрачки полезны для животных, которые активны и днем, и ночью, в широком диапазоне освещенности. Ведь днем, когда светло, зрачок не должен пропускать слишком много света, а ночью он, наоборот, должен быть как можно шире, чтобы на сетчатку попадало побольше из и так небольшого количества фотонов.
Но щель зрачка может быть ориентирована по-разному — вертикально или горизонтально. Ученые из Калифорнийского и Даремского университетов недавно предположили, что ориентация зрачка не случайна и зависит от образа жизни животного и объектов в зрительном поле, которые для него особенно важны. Они сопоставили данные о форме зрачков 214 наземных видов животных с их образом жизни (рис. 1). Оказалось, что у травоядных животных зрачки в основном ориентированы горизонтально, у активных хищников чаще всего встречается круглая форма зрачка, а у хищников, поджидающих жертв в засаде, чаще всего зрачки ориентированы вертикально. Форма зрачка зависела и от периода суточной активности: у ночных животных зрачки чаще были щелевидными, чем круглыми. Найденным закономерностям соответствовали очень строгие уровни значимости, так что оставалось понять, какими причинами объясняется различие форм зрачков у животных разных групп.
Рис. 2. Вертикальный зрачок позволяет животному достаточно резко видеть вертикальные контуры, располагающиеся чуть ближе или дальше фокусного расстояния. Но горизонтальные линии, даже немного удаленные от фокусного расстояния, выглядят сильно размытыми. Если зрачок горизонтальный, картина будет противоположной. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances
Когда глаз или камера фокусируется на какой-то точке, остальная часть картинки становится размытой. Диаметр размытого круга вокруг определенной точки зрительного поля зависит от разницы расстояний до нее и до точки, на которой сфокусирован глаз, а также от диаметра зрачка. Если зрачок не круглый, глубина резко видимого пространства будет отличаться для разных направлений. Например, животное с вертикальным зрачком будет достаточно резко видеть не только вертикальную линию, на которой оно сфокусировалось, но и вертикальные линии, расположенные чуть дальше или ближе фокусного расстояния. А вот к горизонтальным контурам такой зрачок приспособлен хуже, и горизонтальные линии, на которых животное непосредственно не сфокусировалось, будут сильно размыты (рис. 2). У животных с горизонтально ориентированными щелевидными зрачками картина противоположная: они резко видят горизонтальные контуры, а к восприятию вертикальных объектов приспособлены не так хорошо.
Выгода от определенной формы зрачка зависит и от высоты, на которой располагаются глаза животного. Это легко понять, рассматривая фотографии, сделанные с разного расстояния от объекта съемки: чем ближе к поверхности находится камера, тем выше градиент размытости того, что не находится в фокусе (рис. 3). Поэтому если сравнивать, к примеру, кошку и человека, то кошке намного важнее корректировать размытость изображения, потому что она находится «ближе к земле», чем человек. Из этих соображений ученые предположили, что у животных меньшего роста щелевидные зрачки встречаются чаще, и это предположение подтвердилось, когда исследователи проанализировали данные о размерах животных из своей выборки. Интересно, что у птиц зрачки почти всегда круглые, за единственным исключением — у водорезов вертикальные щелевидные зрачки. Такое исключение подходит под теоретические выкладки исследователей, потому что по образу жизни водорез напоминает наземного хищника маленького роста. Эта птица летает очень низко у поверхности воды, охотясь на рыбу, так что все соображения о расплывчатости изображения, на которое смотрят с близкого расстояния, верны и для водореза.
Рис. 3. Имитация взгляда на плоскость для животных разной высоты (0,6, 0,2 и 0,1 м). Слева высота наибольшая, справа — наименьшая. Чем ближе к земле располагаются глаза животного, тем более размытыми выглядят объекты, не попавшие в фокус. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances
Почему глаза хищников, нападающих из засады, лучше приспособлены, чтобы видеть вертикальные линии, а глаза их травоядных жертв, наоборот, настроены на горизонтальные контуры? Можно только предположить, что хищникам важнее видеть жертву (которая скорее похожа на вертикально ориентированный объект), а жертве, наоборот, нужно обозревать широкие горизонты, которые должны быть ей четко видны, чтобы вовремя заметить угрозу. Кроме того, жертве нужно определять направление, куда бежать, а хищнику нужно только гнаться за жертвой, и окружающие просторы его при этом не очень интересуют.
Разные формы зрачка по нескольку раз независимо друг от друга возникали в ходе эволюции. Получается, что определенная форма зрачка у животных с разным образом жизни — это пример конвергентной эволюции, когда полезный для жизни признак параллельно развивается у организмов, не относящихся к близким группам.
Источник: Martin S. Banks, William W. Sprague, Jürgen Schmoll, Jared A. Q. Parnell and Gordon D. Love. Why do Animals have Pupils of Different Shapes? // Science Advances. 2015. V. 1. P. e1500391. DOI: 10.1126/sciadv.1500391.
Почему у животных зрачки разной формы?
Различная форма зрачков, каракатица, лев, коза, домашняя кошка, лошадь, геккон.
У одних существ зрачки круглые, у других вытянуты вертикально, как мяч для регби, а у многих — узкие щелочки. Принято считать, что вертикальные щелевидные зрачки возникли как адаптация к ночному образу жизни, поскольку позволяют защитить чувствительную сетчатку от слепящего дневного света. Круглые зрачки сжимают кольцевые мышцы, а щелевидный снабжен двумя дополнительными мышцами, стягивающими отверстие в поперечном направлении, благодаря чему щелевидный зрачок можно сузить сильнее, чем круглый. Домашняя кошка и геккон, животные с вертикальными зрачками, могут изменить их площадь в 135 и 300 раз соответственно, а человек — только в 15.
Специалисты Сиднейского университета усомнились в общепринятой гипотезе. По их мнению, хорошо сжимаемый зрачок полезен скорее не ночным животным, а полифазным, то есть активным и ночью и днем. Кроме того, для хорошего ночного видения важен не столько просвет зрачка, сколько некоторые морфологические особенности глаза и строение сетчатки. У ночных животных она состоит в основном из чувствительных палочек, позволяющих видеть при низкой освещенности, а у дневных животных — из колбочек, обеспечивающих цветное зрение при ярком свете. Ученые предположили, что эволюции вертикальной формы зрачка способствовали полифазная активность и охота из засады.
В пользу охоты у исследователей было два аргумента. Узкие вертикальные зрачки днем проецируют на сетчатку более резкое изображение горизонтальных линий, чем круглые, а для животных, ожидающих в засаде, очень важно отслеживать движения в этой плоскости. Также вертикальная щель зрачка маскирует глаз, зрительно разбивая его круглую форму, и выполняет роль камуфляжа, что полезно большинству хищников.
Свои предположения исследователи проверили на 127 видах австралийских змей. Они изучили фотографии рептилий, музейные образцы и описания образа жизни и соотнесли форму зрачков со способом охоты и временем суточной активности животных.
Оказалось, что большинство австралийских змей с вертикальными зрачками охотятся из засады по ночам, а змеи с круглыми зрачками ведут дневной образ жизни и активно ищут добычу. При этом способ охоты влияет на форму змеиных зрачков в большей степени, чем время активности, поскольку многие активно охотящиеся круглозрачковые змеи не ведут дневного образа жизни, как можно было бы ожидать.
Поскольку вертикальные зрачки позволяют более четко видеть в широком диапазоне освещенности, исследователи предположили, что они встречаются преимущественно у полифазных видов, однако это — приспособление ночных змей. Возможно, ночным рептилиям приходится иногда и днем бодрствовать. Кроме того, время активности змей могли определить неправильно: для этого их нужно сначала отыскать, когда они лежат в засаде, что непросто.
Австралийские ученые допустили, что обнаруженные ими закономерности справедливы не только для змей, и призвали коллег продолжить исследования зрения позвоночных. Эстафету приняли специалисты Даремского университета (Англия) и Калифорнийского университета в Беркли (США). В статье с абсолютно киплинговским названием «Почему у животных зрачки разной формы» они прежде всего опровергли данные австралийцев о том, что вертикальный зрачок увеличивает глубину резкости горизонтальных линий. На самом деле глубина резкости в этом случае выше для вертикальных линий. Но даже не будь этой ошибки, гипотеза австралийских исследователей не объясняет, почему у одних животных щелевидные зрачки вертикальные, а у других — горизонтальные. Очевидно, их ориентация также важна для каких-то неизвестных целей.
Чтобы выяснить, для каких именно, исследователи проанализировали сведения о форме зрачка, суточной активности и способе питания 214 видов животных: австралийских змей, описанных в предыдущем исследовании, представителей семейств кошачьих и псовых, гиен, виверровых, парнокопытных и непарнокопытных. Они обнаружили достоверную связь между формой зрачка и экологической нишей животных (рис. 1). Горизонтальные зрачки почти всегда принадлежат травоядным пастбищным животным, таким как овцы и козы, у которых глаза расположены по бокам головы. У полифазных хищников, преследующих жертву, зрачки круглые. Животные с вертикально вытянутыми зрачками, как правило, охотятся из засады, и глаза у них расположены фронтально.
Рис. 1. A — формы зрачка: вертикальный (кошка), округлый (рысь), круглый (человек) и горизонтальный (овца). B — распределение 214 видов животных по форме зрачка и по образу жизни (Herbivorous — травоядные, Active — активные хищники, разыскивающие жертву, и Ambush — хищники, поджидающие жертву в засаде). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances
У домашних кошек, устраивающих засаду на мышей, зрачки вертикальные, у кошачьих, которые активно охотятся, — круглые. Вертикальные зрачки у лисицы, которая подкрадывается к добыче, но круглые — у волка, загоняющего жертву. Закономерности, обнаруженные учеными, позволяют на основании образа жизни животного предсказывать форму его зрачков.
Очевидно, преимущества вертикальной или горизонтальной ориентации щелевидных зрачков связаны с экологической нишей, которую занимает животное. Исследователи разработали компьютерную модель глаз, имитирующую появление изображения при разной форме зрачков.
Если смотреть на мир сквозь вертикальную щель, вертикальные линии выглядят более резкими, чем горизонтальные (рис. 2). Засадным хищникам с глазами, расположенными фронтально, проще оценить расстояние до жертвы и ее горизонтальное смещение, то есть движение, именно по вертикальным линиям. Расчеты показали, что увеличение резкости вертикальных объектов, находящихся на земле, проявляется лишь в том случае, когда глаза близко к поверхности, поэтому вертикальными щелками имеет смысл обзаводиться невысоким животным. И действительно, из 65 проанализированных видов засадных хищников с фронтально расположенными глазами 44 имеют вертикальные зрачки, из них 36 видов (авторы подсчитали, что это 82%) ниже 42 см в плече. Среди 19 засадных хищников с круглыми зрачками таких низких только три вида (17%).
Рисунок 2 Качество изображения для разных значений дефокусировки и формы зрачка.
Горизонтальные зрачки увеличивают количество света, поступающего спереди и с боков, но сокращают его количество сверху и снизу. Эта особенность способствует панорамному обзору и помогает заметить потенциального хищника, крадущегося по земле. Горизонтальные зрачки также повышают качество изображения горизонтальных планов, что улучшает зрение на уровне земли и создает преимущество при быстром беге.
Однако травоядные не только оглядывают окрестности, но и пасутся, постоянно наклоняясь к земле. Не теряют ли они при этом преимущества, которые дает им горизонтальный зрачок? Оказывается, нет. Когда животные наклоняются, их глаза поворачиваются так, что зрачки сохраняют горизонтальную ориентацию, при любом положении головы они параллельны земле. Чтобы выяснить, как возникали зрачки определенной формы в процессе эволюции, ученые проанализировали филогенетические древа нескольких семейств. У змей семейства аспидовых вертикальные щелевидные зрачки возникали независимо по крайней мере дважды.
Предок кошачьих был ночным или полифазным засадным хищником с вертикальными щелевидными зрачками. В процессе эволюции у видов семейства от двух до четырех раз независимо возникали вертикально вытянутые зрачки и шесть раз — круглые. Форма зрачков у кошачьих коррелирует главным образом с суточной активностью и в гораздо меньшей степени — с типом охоты, однако и разнообразие стратегий питания в этом семействе невелико.
Общий предок псовых имел вертикально вытянутые зрачки и охотился из засады. Щелевидные и круглые зрачки в ходе эволюции появлялись дважды, их форма зависит и от времени активности, и от способа охоты. Таким образом, форма зрачка независимо изменялась несколько раз в соответствии с экологической нишей, которую занимал вид, а не потому, что животные с разной формой зрачков ведут род от разных предков.
Выгода от определенной формы зрачка зависит и от высоты, на которой располагаются глаза животного. Это легко понять, рассматривая фотографии, сделанные с разного расстояния от объекта съемки: чем ближе к поверхности находится камера, тем выше градиент размытости того, что не находится в фокусе (рис. 3). Поэтому если сравнивать, к примеру, кошку и человека, то кошке намного важнее корректировать размытость изображения, потому что она находится «ближе к земле», чем человек. Из этих соображений ученые предположили, что у животных меньшего роста щелевидные зрачки встречаются чаще, и это предположение подтвердилось, когда исследователи проанализировали данные о размерах животных из своей выборки. Интересно, что у птиц зрачки почти всегда круглые, за единственным исключением — у водорезов вертикальные щелевидные зрачки. Такое исключение подходит под теоретические выкладки исследователей, потому что по образу жизни водорез напоминает наземного хищника маленького роста. Эта птица летает очень низко у поверхности воды, охотясь на рыбу, так что все соображения о расплывчатости изображения, на которое смотрят с близкого расстояния, верны и для водореза.
Рис. 3. Имитация взгляда на плоскость для животных разной высоты (0,6, 0,2 и 0,1 м). Слева высота наибольшая, справа — наименьшая. Чем ближе к земле располагаются глаза животного, тем более размытыми выглядят объекты, не попавшие в фокус. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances
Исследователи признают, что не всем феноменам они нашли объяснение. Например, у хищных мангустов с фронтально расположенными глазами горизонтальные зрачки; у гекконов громадные круглые зрачки, которые, сжимаясь, превращаются в вертикальные щелочки с несколькими маленькими круглыми отверстиями; у каракатицы щелевидный изогнутый зрачок, напоминающий вытянутую по горизонтали букву W, ночью он округляется (рис. 4). Так что ученым предстоит интересная работа.
Какими сверхспособностями обладают животные в зависимости от типа зрачка: 7 невероятных фактов
Вы когда-нибудь задумывались, почему у кошек зрачки так отличаются от наших? Или почему в глазах коз есть что-то от дьявола? Нет, здесь мы не будем впадать в эзотерику, но расскажем об интересных фактах, которые выявили учёные, исследуя глаза животных.
Горизонтальные продолговатые зрачки — одна из удивительных особенностей зрения коз, овец и лошадей. Чтобы соизмерять положение относительно земли, их зрачки получили способность вращаться и увеличивать поле зрения до 350º. Козы могут видеть, что происходит вокруг, даже не отрывая головы от земли во время поедания травы.
У собак, волков и больших кошек круглые зрачки. Это связано с тем, что все они активно преследуют добычу в основном при дневном свете. Круглые зрачки делают поле зрения не впечатляюще широким, но им этого вполне достаточно. В конце концов, самим им не приходится спасаться от хищников.
Вертикальные зрачки в виде щелей характерны для тех хищников, которые охотятся, прижавшись к земле: кошек, лис и даже крокодилов. Такая форма позволяет пропускать гораздо больше света. Так животные оказываются приспособленными для охоты в различных условиях освещения.
Зрачки в виде горизонтальных щелей характерны для лягушек, жаб, змей и осьминогов. Этот тип зрачка позволяет животному определять вертикальное движение хищников и, следовательно, атаковать или убегать от того, кто представляет наибольшую опасность. Они также расширяются, чтобы увеличить светопропускную способность в случае ночного кормления.
Зрачками в виде полумесяца могут похвастаться скаты, камбалы и некоторые сомы. Такая форма уменьшает эффекты искажения в воде, обеспечивая широкое поле зрения для наблюдения за любыми хищниками, скрывающимися поблизости, или обнаружения потенциальной добычи. Кроме того, они повышают контрастность изображения.
Каракатиц эволюция наградила W-образными зрачками. Они представляют собой модифицированный зрачок с горизонтальным разделением. В темноте зрачки почти круглые, но при ярком свете образуют W-образную форму. Это позволяет свету проникать в зрачок с разных направлений, повышает контрастность изображения и улучшает дистанционное зрение.
У гекконов (а также у некоторых рыб) при ярком свете зрачки уменьшаются до очень тонких вертикальных щелей с множественными точечными отверстиями. Эти многочисленные «бусинки» работают вместе, помогая ящерице определять расстояние, чтобы охотиться в различных условиях.
У каких животных круглые зрачки
На самом деле, природа в отношении зрачков позволила себе полную свободу творчества. Круглые – у всех крупных хищников: львов, тигров, гепардов, обезьян и человека. Всё потому, что им приходится выслеживать добычу издали, а потом её догонять.
По этой же причине круглые зрачки получили птицы: как хищные, так и прочие, ведь в задачу входит разглядывание и близких, и отдалённых предметов. А вот у мелких хищников, например, кошек, зрачки вертикальные, линзовидной формы. Такие же зрачки у всех хищников, которые привыкли не догонять свою жертву, а нападать из засады.
Дело в том, что у щелевидного зрачка есть дополнительная мышца, поэтому площадь вертикального зрачка кошки может увеличиться в 135 раз, а круглого зрачка человека – только в 15. Вот и ответ на вопрос, почему мы ночью видим плохо, а кошки хорошо.
Но отчётливо видят они только вертикальные линии. Ведь зрачок похож на фотоаппарат. Глаз фокусируется на какой-то точке, а остальная часть картинки становится размытой.
Если зрачок не круглый, глубина резко видимого пространства будет отличаться для разных направлений. Поэтому кошки хорошо видят вертикальный объект, а не пространство вокруг него.
Такая же ситуация и у змей, которые обычно нападают из укрытия. Хотя здесь возможны варианты – у плетевидной носатой змеи зрачки похожи на стрелочки. Ещё линзовидные зрачки имеют ящерицы и некоторые лягушки. Впрочем, лягушки бывают разные: у жерлянки, например, зрачки треугольные. А главным обладателем линзовидных зрачков являются акулы. Это же крупный хищник, скажете вы? Да, но далеко смотреть акуле незачем – мешает толща воды.
Мы говорили о хищниках, а теперь давайте поговорим об их жертвах. Здесь ситуация ровно противоположная. Жвачные животные – козы, лошади и овцы – имеют горизонтальные зрачки.
Вглядитесь в глаза козы! Когда она пасётся, её горизонтальный зрачок охватывает довольно широкую панораму. Как показали наблюдения за антилопами, овцами, козами и лошадьми, они удерживают зрачок в горизонтальной позиции, поворачивая глаза примерно на 50 градусов – это в 10 раз больше того, что можем мы. Таким глазом легко увидеть приближающегося хищника и вовремя удрать.
Горизонтальные зрачки имеет и травоядный бегемот. А почему у осьминогов зрачки горизонтальные, учёным ещё придётся подумать.
Загадочен и зрачок каракатицы – он напоминает английскую букву W.
На самом деле, в теории, которая связывает форму зрачков и место, которое животное занимает в пищевой цепочке, довольно много сомнительных мест. Но абсолютно ясно, что если у вас зрачок в форме W – это не просто так.