Зір земноводних

Жданова Т. Д.

Організм кожної живої істоти забезпечений безліччю складних систем, у тому числі для пізнання навколишнього середовища та їх орієнтації в ній. Особливе значення мають нервова система і пов'язані з роботою органів чуття сенсорні системи, а також процеси, пов'язані з психічною діяльністю. Ці, так звані «вікна» у світ, забезпечують здатність тварин сприймати і аналізувати зовнішню і внутрішню інформацію, щоб адекватно на неї реагувати. Завдяки доцільне системам тварини отримали в дарунок відчуття і сприйняття, увагу та уяву, пам'ять, здатність до навчання та навіть елементарне мислення (розумова діяльність). Останнє характерно не тільки для ссавців, птахів але, як це не дивно, для представників ряду видів комах.

Призначення нервової системи - сприймати діючі на організм подразники і відповідати на них відповідною реакцією; забезпечувати різноманітні психічні діяльність тварини; регулювати роботу всіх органів, координувати функції організму та забезпечувати його цілісність.

Експерименти з земноводними і спостереження за їх поведінкою в природних умовах показали, якою високою чутливістю наділені їх організми. Амфібії відмінно бачать і чують, відчувають у навколишньому середовищі присутність навіть невеликої кількості хімічних речовин і найслабших полів. Крім того, «живі прилади» амфібій здатні передбачати майбутню погоду, щоб тварини могли будувати свою поведінку щодо її змін. Яким чином їм це вдається?

Важливу роль тут грають чудові органи організму тварин - органи чуття, оснащені рецепторами. Одні з них відносяться до дистанційних - органи зору, слуху, нюху, які здатні сприймати роздратування на відстані; інші - смакові органи та органи дотику - лише при безпосередньому контакті.

Органи почуттів є частиною аналізаторів - сенсорних систем, що проникають майже в кожен куточок організму. Саме аналізатори отримують різноманітні зовнішні і внутрішні сигнали від рецепторів своїх органів почуттів. Потім вони аналізують цю інформацію, формують певне рішення і передають «Вказівку» різним органам для доцільних дій. Іноді органи чуття самі є аналізаторами. Але в основному вони складають рецепторний відділ, що знаходиться на периферії (кінці) аналізаторів. Провідні шляхи від рецепторів і центральні нейрони утворюють провідникової відділ аналізатора. Певні ділянки мозку, що обробляють сигнали від рецепторів, складають центральну, «Мозкову», частина аналізатора. Завдяки такій складній і доцільною системі, наприклад, зорового аналізатора, проводиться точний розрахунок і управління стрибком жаби і кидком її липкого мови до рухається видобутку. Або аналізатори синхронізують час для відкладання ікри і розвитку молоді з періодом дощів у посушливих місцях проживання амфібій. Живі «прилади» дозволяють розрізняти і звукові сигнали самців. Якщо це шлюбний заклик, то самка спрямовується в бік його звучання. Якщо ж це територіальний сигнал, то інший самець повинен покинути чужої ділянку.

Нескінченна безліч дивовижною за складністю та взаємної узгодженості роботи здійснюють аналізатори та органи чуття земноводних. Вони відповідальні за безперервний синтез різних відчуттів, цілісне сприйняття навколишнього світу, координацію дій особи та організації її видового та індивідуального поводження. Залишається тільки шкодувати, що на сьогоднішній день в будові, дії цих «чудо-приладів» та їх систем залишається так багато неясного.

Зір амфібій

Зір - це дана тваринам здатність отримувати інформацію про зовнішній світ за допомогою уловлювання випромінюваних або відображаються об'єктами електромагнітних випромінювань в діапазоні хвиль від 300 до 800 нм, які називають світловими. Земноводні за допомогою зору отримують основну частину інформації про зовнішній світ, що обробляється в «мозковому центрі» зорового аналізатора. Особливо воно важливе для амфібій, за винятком червяг, що мають значний нюхом, при добуванні їжі. Зір забезпечує їм полювання навіть у темряві, оскільки очі деяких нічних мисливців забезпечені вертикально розташованим зіницею, що нагадує зіницю кішки. У денний час їх «конструкція» дозволяє зіниці перетворюватися на вузьку щілину, щоб захиститися від яскравого світла. У амфібій, підстерігають видобуток у денний час над водною поверхнею, зіниця розташований горизонтально.

Зорова система амфібій дозволяє швидко розпізнавати різні об'єкти, оцінювати небезпеку і правильно на неї реагувати. При цьому захисна реакція може бути досить простий. Побачивши що наближається ворога, жаба, наприклад, миттєво стрибає туди, де темніше, - будь то вода або суша. Часто захисна реакція буває дуже складною і за допомогою зорових аналізаторів включає цілий ланцюг поведінкових актів. Сітківка очі амфібій кодує і передає в мозок комплекс якісних ознак навколишнього світу. У «Мозковому» центрі відбувається порівняння цієї інформації про об'єкти з витягнутими з пам'яті знаннями. Це можуть бути що зберігаються в пам'яті, спадково отримані еталони або відомості, набуті досвідченим шляхом. Завдяки цьому тварини можуть досить точно візуально розрізняти об'єкти, особливо небезпечні. Наприклад, жаби після укусу джмеля, оси, бджоли довго пам'ятають їх зовнішність. Вони не нападають навіть на нешкідливих комах, які схожі на жалячих кривдників.

Великий інтерес у вчених викликає третій лобовий «око» амфібій, функції якого встановлені поки що лише в загальних рисах. Холоднокровні тварини з його допомогою визначають критичну для себе температуру повітря. Як тільки вона наближається до небезпечної, подається сигнал, що амфібія має терміново сховатися в укриття. Деякі вчені вважають, що цей чудовий орган, як компас, допомагає жабі знайти дорогу додому. Крім того, він може відчувати світлові хвилі, визначаючи навіть в якій площині здійснюються їх коливання. Людське око сприймає ці хвилі просто як світло.

Шкіра земноводних теж піднесла сюрприз - її аналізатори входять до складу зорової системи, забезпечуючи тварині додаткову чутливість до світла.

Доцільно пристрій око для роботи в різних середовищах

Амфібії володіють універсальним пристроєм очей і автоматичною системою для їх доцільного застосування. Оптичної частиною очей амфібій є рогівка, кришталик і склоподібне тіло. У завдання оптики входить фокусування зображення на световоспрінімающіх елементах сітківки. Очі земноводних влаштовані з розрахунком на працездатність у двох стихіях. Світлові промені в повітрі переломлюються в основному рогівкою, а у водному середовищі -- кришталиком. При цьому фокусування зображення проводиться як в сучасних фотоапаратах. Кришталик пересувається уздовж оптичної осі очі, то наближаючись до сітківці, то відсуваючись від неї.

Для того, щоб очі амфібій НЕ підсихали на повітрі, вони завбачливо забезпечені віками (верхнім, нижнім і мігательной перетинкою). Сухопутні види наділені, крім того, слізними залозами, змочувальні рогівку очей. Чудово влаштовані для роботи в обох середовищах і фоторецептори. У тварин, що проживають на суші, світлочутливим елементом у фоторецептора є пігмент Родопсин, а у мешканців водойм з прісною водою - порфіропсін. Останній призначений для «роботи» саме в стоячих жовтуватих водах. Сюди погано проникає короткохвильова частина світла, тому порфіропсін дан для забезпечення чутливості в його довгохвильової частини. Чудовим властивістю очей, наприклад, у тритонів і саламандр є те, що при зануренні тварин у водойму для нересту, більша частина родопсину в фоторецептора автоматично замінюється на порфіропсін. А влітку при виході на сушу Родопсин також автоматично займає своє місце. Порфіропсін призначений також і для пуголовків. Але як тільки вони підростуть, до моменту виходу на сушу, фоторецептори перебудуються на пігмент Родопсин.

Наведені приклади наочно демонструють універсальність пристрою очей земноводних, а також унікальність відбуваються в них процесів. По-перше, вони забезпечені досить складними технологіями виробництва пігментів на обидва випадки життя, а, по-друге, - автоматизованою системою включення виробництва того чи іншого світлочутливого елементу. Ця зорова система, що працює під керівництвом генетичної програми, забезпечує подачу в робочу зону необхідного в даний час пігменту і утилізацію вже непотрібного. І вона ж вирішує всю сукупність проблем по організації та управління виробництвом.

Роль зорової системи в управлінні рухом

Зорова система земноводних, так само як і багато інших тварин, відіграє важливу роль у здійсненні цілеспрямованого руху особин. Наприклад, вона допомагає віртуозно стрибати по деревах квакша-древолазам. Зоровий аналізатор, подібно електронній машині, забезпечує розрахунок траєкторії польоту квакша і топографічні характеристики місця її приземлення. Визначивши перед стрибком форму листа або гілки, він готує програму точного «приземлення» амфібії і миттєвого прикріплення за допомогою присосок.

Живі управляючі системи дивно доцільні і незбагненно складні. Створюючи століттями «розумні рукотворні» машини і механізми, люди лише недавно почали усвідомлювати, що роблять таке собі спрощене, приблизне подобу того, чим володіють тварини. Прикладом такої технічної системи, здатної до цілеспрямованих дій, може служити зенітна гармата, кероване радаром. Можна простежити певну подібність у діях знаряддя і живої системи - жаби. Коли мета виявляється в радіусі дії знаряддя, відбувається наведення на неї і випуск снаряди для ураження. Також і жаба повертається або стрибає в бік летить комахи, з великою точністю викидає мова та наздоганяє здобич. Обидві ці системи спеціально призначені для конкретної мети і вражають її незалежно від положення і швидкості, які можуть варіювати в певних межах.

В обох випадках механізми, які забезпечують попадання, мають деякі загальні головні елементи: по-перше, це рухома або нерухома мішень, по-друге, - сприймає пристрій - сенсорний орган (радар у разі зенітного знаряддя і очей у жаби). Такий пристрій необхідно, щоб встановити положення мішені і складових її руху в тривимірному просторі в певний момент часу. Мішень як би передає інформацію про себе і своє місцеперебування через сприймає пристрій; по-третє, - систему обробки інформації, або обчислювальний пристрій. Така система аналізує отриману інформацію і передбачає положення мішені в наступні моменти. У жаби для цього служить мозковий відділ системи зорових аналізаторів, а у зенітного знаряддя - спеціальний пристрій. Вони забезпечують обчислення спрямованості руху ствола гармати та мови жаби для ураження мішені. Всі розрахунки грунтуються на інформації, що надходить від сенсорного органу - в одному випадку радара і в іншому - очі амфібії; по-четверте, обидві системи мають орган дії - так званий ефекторних орган, що безпосередньо здійснює кероване дію. У разі знаряддя -- це стовбур зі снарядом, який при пострілі перетне траєкторію мішені в розрахований момент. У жаби їм є липкий язик, що викидається з рота для контакту з видобутком точно у визначений час і з заданою швидкістю.

обчислювальний пристрій, обробляє інформацію є центром цих керуючих систем. Робота пристрою управління зенітних вогнем цілком відома, а механізми обробки інформації в мозку жаби поки таять у собі багато незрозумілого. Але ж це приклад тільки одного поведінкового акту з цілого комплексу цілеспрямованих дій жаби при харчовому поводженні. Чи не менш точний розрахунок супроводжує блискавичний стрибок цієї тварини в бік видобутку. І якщо трапляється, що він виявився недостатньо точним, то система управління дозволяє скоректувати політ. Жаба встигає розвернутися в потрібному напрямку, орудуючи розтягнутими перетинками на широко розставлених пальцях лап. І робить вона це в останній момент, тому що під час стрибка її очі закриті і втягнуті усередину орбіт, щоб уникнути можливих травм. Лише поблизу видобутку в розрахований момент жаба виставляє вперед лапи, відкриває очі, з високою точністю коректує рух тіла і тільки потім здійснює викид свого липкого мови.

Якими ж дивно складними керуючими системами надано «звичайна» жаба. Як пристрій для переслідування мети могло стати результатом послідовного самовдосконалення амфібій? Чи могли поступово виникнути і сенсорний орган - око, і обчислювальний пристрій -- мозковий відділ системи аналізаторів, і ефекторних орган - рухливий липкий мова особливої конструкції з доцільним способом кріплення в роті, щоб утворити замкнуту ланцюг для здійснення серії доцільних поведінкових актів? За аналогією, чи могли навіть за мільярди років покладені поруч всі необхідні частини сенсорного органу зенітної установки (камера), обчислювального пристрою і самого знаряддя зі стовбуром і снарядом, здатні поступово самособраться і самоорганізуватися для цілеспрямованого поразки мішеней?

Чому може навчити людей звичайна жаба?

Дослідження зорових органів жаби дозволило з'ясувати, що вона має цікаву особливість - практично бачить тільки рухомі предмети. Тобто око жаби переважно відсіває інформацію про нерухомих предметах і настроюється на рухомі об'єкти. І таким чином вона концентрує свою увагу на видобутку або наближається, хижака, суперника і т.д. Ця властивість дуже допомагає жабі швидко та адекватно реагувати на виниклу ситуацію. Вивчення біоніка таких особливостей очі жаби дозволило побудувати електронну модель її зорового аналізатора, яка може дізнаватися рухомі предмети та класифікувати їх на корисні, шкідливі і байдужі об'єкти. В результаті був створений прилад ретінатрон, який не реагує на нерухомі предмети, що знаходяться в полі зору, і забезпечує спостереження за рухомими, наприклад літаками. Рукотворна модель людини в порівнянні з мініатюрної системою ока жаби є порівняно громіздке споруду. Модель створена для безперервного аналізу обстановки над аеродромом і фіксування поява літаків, що йдуть на посадку, щоб уникнути їх зіткнення.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.portal-slovo.ru/