Александр Супин - Этот обыкновенный загадочный дельфин

Дельфину показывают две картинки -похожие, но чем-то различающиеся. Обычно используются картинки достаточно простые, чтобы размер деталей, из которых составлено изображение, можно было точно измерить (это очень важно). Например, это могут быть квадрат и треугольник или круг одинаковой площади, или еще какие-нибудь пары относительно простых изображений. Но лучше всего использовать картинки в виде решеток из чередующихся черных и белых полос, но немного различающихся, например, одну с вертикальными, а другую — с горизонтальными полосами. Важное условие: во всех остальных отношениях, кроме направления полосок, обе картинки должны быть совершенно одинаковыми -по форме, размеру, цвету, яркости, ширине полосок. Под каждой из картинок — опущенная в воду педаль. Путем тренировки дельфина обучают нажимать на ту педаль, которая расположена, например, под картинкой с вертикальными полосами. Разумеется, показывая картинки по нескольку раз, их положение все время меняют в случайном порядке: может слева быть вертикальная решетка, а справа — горизонтальная, а может быть наоборот. Это необходимо, чтобы дельфин не приучился всегда нажимать только правую или только левую педаль, а принимал решение, ориентируясь именно по показанным картинкам.

Предположим, что дельфин хорошо усвоил урок и всегда нажимает ту педаль, которая расположена под картинкой с вертикальными полосками. А теперь начнем делать черные и белые полоски на картинках все более и более узкими. Сначала вроде бы это не дает никакого эффекта — животное по-прежнему безошибочно выполняет задачу. Это значит, что он по-прежнему уверенно различает оба изображения. Но вот мы сузили полоски еще немного — и дельфин начинает ошибаться. Он проявляет явные признаки недоумения, не сразу решает, какую из педалей нажать, и, посомневавшись, нажимает одну из педалей наугад — то правильно, то нет. Что это означает? Да то, что мы сделали полоски такими узкими, что дельфин уже не в состоянии их различать. Все полоски слились для него в сплошной серый фон. А раз так, то и сделать осмысленный выбор он не в состоянии. Мы ведь условились, что за исключением направления полосок обе картинки во всем остальном совершенно не различаются. Так что если полоски сливаются, то обе картинки кажутся дельфину совершенно одинаковыми. Поэтому он и не может понять, какую же педаль нужно нажать. Стало быть, та наименьшая ширина полосок, при которой дельфин начал нажимать педали наугад и делать ошибки, — это и есть острота его зрения.

Именно так и проводились измерения остроты зрения этих животных. Причем обратите внимание: картинки-решетки ведь можно или развешивать над поверхностью воды, а можно и опускать под воду. Таким образом можно измерить остроту и надводного, и подводного зрения. Что же получилось в этих экспериментах?

Прежде чем привести конкретные результаты, уточним только, в каких единицах измеряется острота зрения. Ширину полосок решетки, которую показывали дельфинам, можно было бы измерить в сантиметрах, дюймах или миллиметрах, но для оценки остроты зрения это неподходящие мерки. Ведь способность рассмотреть предмет зависит не только от его размера, но и от рас стояния, на котором предмет находится. Предмет размером один сантиметр на расстоянии одного метра видится таким же, как предмет размером десять сантиметров на расстоянии десяти метров или 10-метровый на рас стоянии одного километра. Поэтому, чтобы охарактеризовать остроту зрения, используют угловые размеры различаемых предметов. Угол между двумя линиями от центра глаза к краям предмета — это и есть угловой раз мер предмета, он одинаков для маленького, но близко расположенного предмета и для большого, но удаленно го. Так что остроту зрения и человека, и всех животных выражают в угловых единицах измерения градусах, минутах и секундах. Так же будем поступать и мы, говоря об остроте зрения у дельфинов и других животных: ее мерой будет та наименьшая угловая (т. е. выраженная в градусах и минутах) ширина черных и белых полосок, при которой эти полоски еще не сливаются в сплошной фон и можно различить направление этих полосок. Обратите внимание: чем меньше эта величина, тем лучше острота зрения.

Итак, вот результат измерения остроты зрения у дельфина-афалины (наиболее распространенного вида для лабораторных исследований). Под водой острота зрения у дельфина оказалась равной примерно 10 угловым минутам, то есть он переставал различать направление полосок решетки, когда ширина этих полосок была меньше 9 минут. Для наглядности поясню: это ширина полоски около 2,5 миллиметра, если рассматривать ее с расстояния 1 метр. Совсем неплохо! А в воздухе? В воздухе ост рота зрения оказалась около 12 минут. Значит, в воздухе дельфин все же видит похуже? Вовсе нет. Во-первых, разница между остротой зрения в воздухе и в воде не так уж велика. А во-вторых, когда мы получше познакомимся с особенностями зрения в воде и в воздухе, станет ясно, что даже при идеальном зрении небольшая разница неизбежна. Так что можно уверенно сказать, что глаз дельфина практически одинаково хорошо работает и в воде, и в воздухе.

Конечно, универсальное зрение, пригодное для использования и под водой, и над водой, дельфину очень полезно — тут вопроса нет. Вопрос в том, как ему это удается. Ведь зрение под водой и в воздухе требует совершенно разной конструкции глаза.

Каждый, кому доводилось нырять, прекрасно знает; если не надеть специальную маску для подводного плавания, то под водой мы видим очень плохо. Все предметы сильно размыты, как будто не в фокусе; только поднеся предмет к самому лицу, можно его рассмотреть и узнать.

Причина этого очень проста. Чтобы предмет был хорошо виден, оптическая система глаза, как объектив фотоаппарата, должна создать изображение этого предмета на задней стенке глаза, где расположена светочувствительная сетчатая оболочка — сетчатка. Как и объектив фотоаппарата, оптическая система глаза состоит из не скольких частей, играющих роль отдельных линз, и самая первая из этих линз — это наружная выпуклая поверхность прозрачной роговицы нашего глаза. Именно на этой поверхности лучи света впервые переходят из воздуха в среду, как говорят оптики, с большей оптической плотностью. А при переходе из среды с одной оптической плотностью в среду с другой плотностью как раз и происходит преломление света на выпуклой поверхности, необходимое для получения сфокусированного изображения. Находящийся позади роговицы чечевицеобразный хрусталик хоть и очень похож на настоящую линзу-объектив, но он лишь дополняет действие основной роговичной линзы.

Но степень преломления света на границе, разделяю щей две среды, зависит от того, насколько различаются оптические плотности этих сред. У воздуха оптическая плотность намного меньше, чем у жидкости, заполняю щей глаз; поэтому линза на границе «воздух — внутри глазная жидкость» действует очень эффективно. Совсем другое дело, если перед глазом находится не воздух, а во да. У воды оптическая плотность практически такая же, как у внутриглазной жидкости, то есть фактически никакой границы раздела для световых лучей здесь нет, и они переходят из воды через тонкую роговицу во внутриглазную среду, попросту «не замечая» поверхности глаза, а значит, и не меняя своего направления. Так что линза на поверхности глаза перестает действовать — важнейший элемент оптической системы глаза выпадает. А одного только хрусталика недостаточно, чтобы как следует сфокусировать изображение на сетчатке. Он хотя и выпуклый, как настоящая линза, но находится-то не в воздухе, а в жидкости, оптическая плотность которой лишь не намного меньше, чем плотность ткани хрусталика. Поэтому преломляющая способность хрусталика не так уж велика, и без роговичной линзы он с задачей не справляется. Неудивительно, что при таком грубом нарушении оптики глаза изображение становится нерезким, размытым. Поэтому мы так плохо видим под водой.