Изот Литинецкий - Беседы о бионике

Мы перечислили далеко не все особенности нашего зрительного анализатора. Но и они при глубоком исследовании могут дать ключ к решению ряда важнейших технических задач.

По аналогии с глазом можно было бы создать системы автоматического управления количеством света, падающим на фоточувствительный прибор, что обеспечило бы равномерную чувствительность системы в широком диапазоне. Представляет интерес также разработка методов кодирования данных о скорости перемещения сканирующего луча в устройствах, воспринимающих изображения. Можно создать и автоматический определитель глубины пространства (скажем, для анализа аэрофотоснимков).

Рис. 5. Муха диопсида с глазами, расположенными на концах длинных 'рогов'

На многовековом пути развития живых существ их органы зрения непрерывно изменялись, совершенствовались. Ястреб и орел, например, способны с большой высоты различать движение даже мелких животных, некоторые другие хищники видят в сумерках. Хорошо развитые глаза имеют многие морские черви. Кальмар и осьминог обладают глазами камерного типа с линзами (хрусталиками), способными устанавливаться на дальнее и ближнее зрение и создавать довольно точные изображения всех окружающих объектов. Несколько лет назад вблизи Орегонского побережья из океанских глубин извлекли неизвестную ранее рыбу. Биологи обратили внимание на ее своеобразные выпученные глаза. Присмотревшись внимательнее, они пришли к удивительному выводу: обитатель глубин, получивший название батилихнопуса, обладал двумя парами глаз. Верхняя пара глаз, как полагают ученые, может обозревать то, что находится над рыбой и за ней, а нижняя пара глаз, обладающих высокой чувствительностью, направлена вниз. Эта дополнительная пара помогает их хищному обладателю охотиться во мраке больших глубин. Вторая пара у батилихнопуса, по-видимому, представляет собой уникальное исключение у позвоночных животных и тесно связана с развитием стереоскопического зрения. Зато в царстве насекомых многоглазие не редкость. У некоторых из них дополнительные глаза представляют собой просто пигментированные пятнышки, у других, например у некоторых пилильщиков, дополнительные глаза покрыты прозрачными линзообразными утолщениями кожи. У третьих поверхность глаз обладает различной кривизной, так что одна пара видит лучше в горизонтальной плоскости, а другая — в вертикальной. Прекрасно развиты глаза у бабочек. Так, ночные бабочки бражники способны различать тонкие оттенки цвета в сумерках при таком слабом освещении, когда человек не может разглядеть даже основные тона. Очень оригинальны глаза у мух диопсид. Эти насекомые с длинными рогами на голове живут у нас в Сибири и на Кавказе. Их глаза расположены на концах "рогов" на вытянутых в стороны длинных стеблях. Глаза диопсид (рис. 5) работают так же, как... артиллерийский дальномер (расположение глаз на стебельках обеспечивает чрезвычайно широкоугольное пространственное зрение и тем самым облегчает ориентировку насекомого в воздухе).

Рис. 6. Фасеточный глаз в разрезе

Говоря о тех или иных достоинствах устройства глаз, механизма зрения различных животных, нельзя не отметить, что природа особенно много выдумки и изобретательности проявила при создании органов зрения насекомых. И не случайно в бионике уделяется повышенное внимание изучению зрительного анализатора членистоногих. Насекомые обладают так называемыми фасеточными глазами, т. е. сложными глазами (рис. 6), состоящими в среднем из 5 — 10 тысяч зрительных единиц — омматидиев — изолированных друг от друга секторов, каждый из которых воспринимает лучи, идущие только параллельно его оси. Лучи же, падающие под углом к этой оси, поглощаются боковыми стенками. Такой глаз не дает единого изображения, а создает мозаику, в которую каждый элемент глаза вносит отдельное изображение. Результат можно представить себе как нечто довольно похожее на фотографию, отпечатанную на газетной бумаге. Таким образом, насекомые распознают не столько детали объектов, сколько их движение. Поскольку любое движение добычи или врага немедленно улавливается одним из элементов глаза, такого рода орган удивительно соответствует образу жизни членистоногих. Мозаичное зрение облегчает насекомым передвижение по прямой, так как для этого им достаточно сохранять изображение Солнца в одном из омматидиев. Низкую пространственную разрешающую силу фасеточного глаза, обусловленную малым числом рецепторов, в известной мере компенсируют его исключительно высокая разрешающая способность во времени. Так, при прерывистом освещении подвижные, быстро летающие насекомые (стрекозы, мухи, насекомые семейства пчелиных) различают отдельные вспышки при их частоте до 200 — 300 вспышек в секунду, что свидетельствует о малой инерционности фасеточного глаза. Зрительный анализатор насекомых обладает чрезвычайно большой чувствительностью к контрастам. Так, глаз насекомого сигнализирует зрительным центрам о таких малых различиях во внешней обстановке, которые вызывают изменение освещенности зрительных клеток на 1% и даже на 0,5%. Фасеточный глаз, особенно у ночных насекомых, способен к очень сильной адаптации: он изменяет свою чувствительность на 4 — 5 порядков и, следовательно, может функционировать в очень широких пределах освещенности. Фасеточный глаз реагирует не только на изменение интенсивности света, но и на изменение его спектрального состава, т. е. он может осуществлять цветовое зрение. Очень многие насекомые "видят" ультрафиолетовые лучи.

Рис. 7. Пчелиный 'фотометр' (стрелками показаны одиночные глаза на голове пчелы)

Человеческий глаз, как известно, воспринимает электромагнитные колебания в области от 0,4 до 0,8 мк, тогда как у многих насекомых нижняя граница этой области доходит до 0,3 мк. Пчелы, мухи и муравьи воспринимают ультрафиолетовое излучение. Правда, пчелы не "знают", что такое красный цвет. Алые цветы они выделяют среди прочих по другим признакам, например по интенсивности отраженных ультрафиолетовых лучей, так что алая роза или красный мак имеют для пчел "ультрафиолетовую" окраску.

Как ориентируются в своих длинных перелетах пчелы? Каким образом, пролетев очень большие расстояния, они находят дорогу к своему улью? Направление полета пчелы определяет все тот же фасеточный глаз.