у каких животных прямоугольные 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.
Почему у коз и овец прямоугольные зрачки?
Зрачок — это, по сути, диафрагма, которая, сужаясь или расширяясь, регулирует поступление света на сетчатку глаза. Кроме того, его размер и форма влияют на поле зрения и качество получаемого на сетчатке изображения. У разных животных — в зависимости от занимаемых ими экологических ниш, расположения в пищевой цепочке, образа жизни и типа питания — эти характеристики отличаются друг от друга.
Травоядные копытные животные (козы, овцы, коровы, антилопы, лошади и т. д.) в пищевой цепочке всегда являются жертвами для любых хищников. В соответствии с этим их зрительный анализатор формирует зрительную информацию, а мозг ее обрабатывает с точки зрения «менталитета добычи» (prey mentality). Любой быстро движущийся объект, даже если он нечетко виден, вполне может быть атакующим хищником, поэтому любое неожиданное движение сразу вызывает у травоядного защитный рефлекс: оборону и/или бегство.
У всех травоядных крупные глаза, немного навыкате, расположенные практически по бокам головы. Это обеспечивает широчайшее поле зрения. Например, общая ширина поля зрения у лошади составляет приблизительно 350º. Таким образом, лошадь не видит только узкий сектор непосредственно за затылком.
В дневное время при сильном освещении глаза коз и овец имеют вид узкой щели; в темноте зрачок расширяется, приобретая вид прямоугольников или даже квадратов. Длинный горизонтальный зрачок повышает качество изображения объектов впереди и позади животного, что облегчает быстрое движение по неровной или гористой местности
Прямоугольный, а точнее, горизонтально-овальный зрачок у травоядных как раз помогает увидеть как можно более широкую панорамную картину вокруг себя. За счет растянутой формы зрачка коза, например, имеет угол обзора почти 340°, то есть при пастьбе спокойно наблюдает происходящее вокруг себя, даже не поднимая головы. В дневное время при сильном освещении глаза коз и овец имеют вид узкой щели; в темноте зрачок расширяется, приобретая вид прямоугольников или даже квадратов. Такой механизм способствует все тому же — лучшему обзору в темное время суток. Коза, как и другие животные с такими зрачками, способна в ночное время заметить движущегося хищника практически позади себя. При появлении хищника в поле зрения хотя бы одной из коз все стадо успеет убежать.
По данным последних исследований, длинный горизонтальный зрачок также повышает качество изображения объектов впереди и позади животного, что облегчает быстрое движение по неровной или гористой местности, а также помогает глазу захватить больше света вдоль поверхности и меньше ослепительного света над головой. Кроме того, наблюдая за пасущимися животными в зоопарке, исследователи обнаружили, что глаза животных вращаются таким образом, чтобы линия зрачков всегда оставалась выровненной по горизонтали, даже когда головы животных опущены вертикально вниз.
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.
uCrazy.ru
