Марк Чангизи - Революция в зрении: Что, как и почему мы видим на самом деле

В повседневной жизни мы внимательно следим за расходами. Конечно, я мог бы раскошелиться и купить нужный мне удлинительный шнур прямо сейчас, но, взглянув на цену, решаю подождать и подарить его жене на Рождество, убив таким образом сразу двух зайцев. Мы, ученые, смотрим на цены ничуть не меньше других, однако когда дело доходит до теорий, объясняющих, почему в ходе эволюции у животного выработался тот или иной признак, мы можем так быть увлечены своей блестящей догадкой насчет его функции, что забываем учесть расходы. В конце концов, нашего кошелька эти расходы не касаются, а потому не привлекают к себе особого внимания.

Особенно это справедливо для такого признака, как глаза, направленные вперед. Гипотезы, объясняющие, для чего нам нужна подобная посадка глаз, зачастую упускают из виду то, чем мы жертвуем ради нее: способностью видеть позади себя. Например, если, как считается, естественный отбор благоприятствовал глазам, направленным вперед, из-за обеспечиваемой ими широкой области стереоскопического зрения, то следует задуматься, чем это преимущество настолько ценно, что ради него стоило пожертвовать прекрасным задним обзором. Однако сопоставить достоинства стереоскопического восприятия того, что спереди, и способности видеть то, что сзади, — теоретическая задача не из легких: слишком уж о разных вещах речь. И все же любой ученый, взявшийся объяснять преимущества того, чтобы смотреть обоими глазами прямо перед собой, должен придумать подходящий способ сравнения. А это, увы, непросто: вполне можно понять, почему предыдущие попытки потерпели неудачу. Из этих неудач, тем не менее, следует, что прежние объяснения того, зачем в ходе эволюции наши глаза переместились вперед, вполне могут быть неудовлетворительными (и, я думаю, являются таковыми).

Однако если предположить, что функция направленных вперед глаз — смотреть сквозь гущу зарослей, — будет проще уяснить, почему ради этого стоило лишиться заднего обзора. В густых зарослях животное, глаза которого направлены вперед, может инспектировать перед собой вдвое большее пространство, чем животное с глазами, глядящими в стороны. Но зато животное с направленными в стороны глазами может одинаково успешно инспектировать то, что находится перед ним, и то, что сзади. То есть глаза, глядящие вперед, и глаза, направленные в стороны, обеспечивают зрительный контроль примерно одного и того же объема пространства. Однако есть и отличие. Как правило, при распознавании объектов имеет место пороговый эффект: видя некоторую небольшую часть предмета, вы еще не можете его узнать, но, увидев хотя бы чуть-чуть больше, уже можете. Во многих ситуациях, возникающих в блокирующей среде, животное с глазами, направленными вперед, будет способно инспектировать практически все, что есть за зарослями, в то время как животное с глазами, посаженными по бокам, только половину. Животное, чьи глаза смотрят вперед, будет без труда распознавать предметы сквозь помехи, а у животного с глазами, направленными в стороны, возникнут с этим проблемы. Во многих случаях, благодаря способности животного с фронтальной посадкой глаз видеть перед собой вдвое больше, размер видимой ему части объекта будет выше порогового значения, тогда как у животного с боковой посадкой глаз он будет ниже порогового значения, и объект не будет распознан вообще. А информативные зрительные данные о том, что находится только прямо перед тобой, лучше, чем неинформативные обо всем вокруг. Впрочем, последняя антитеза реализуется не всегда: порой заросли могут быть настолько густы, что никакому животному ничего сквозь них не разглядеть. Но и в этом случае от глаз, направленных в стороны, будет лишь немногим больше толку, чем от глаз, направленных вперед.

Еще один способ сравнить преимущества двух этих типов посадки глаз: сопоставить тот объем окружающего пространства, в пределах которого животное способно распознавать объекты. Представим, что перед нами два слоя помех. Напоминаю, что если два глаза позволяют хорошо видеть сквозь один загораживающий слой, то все, что мы видим за этим слоем, мы обычно видим только одним глазом (рис. 15). Следовательно, сквозь второй слой помех два глаза видят примерно так же, как единственный глаз видел бы сквозь один слой. И если мы будем исходить из предположения, будто помехи значительны (например, заросли густы) до такой степени, что одним глазом мало что можно увидеть, то проникнуть за пределы второго слоя бинокулярное зрение будет фактически неспособно. И если второй слой расположен в непосредственной близости от первого, то глаза, направленные вперед, принесут своему обладателю незначительное преимущество, поскольку обеспечиваемая ими способность видеть сквозь слой помех будет ограничиваться узкой областью между первым и вторым слоями. Когда же, напротив, второй слой отсутствует или расположен достаточно далеко, глаза, направленные вперед, приносят животному практически неисчислимый выигрыш, позволяя распознавать предметы повсюду вплоть до горизонта или до второго, дальнего, слоя помех, в то время как зрение животного с глазами, глядящими в стороны, будет воспринимать лишь предметы, находящиеся по соседству — в пределах первого слоя.

На рис. 17 изображен промежуточный вариант среды: лес с крайне упорядоченной организацией листьев. Спору нет, этот “лес" не похож на настоящий, но тем не менее он поможет мне продемонстрировать очевидное преимущество, которое направленные вперед глаза обыкновенно приносят в блокирующей среде обитания. Серым цветом выделена область зрительного распознавания — те участки, где животное будет способно заметить объект, если таковой там вдруг появится. Животному с рис. 17 а, чьи глаза направлены почти в разные стороны, видеть сквозь листву позволяет узкая бинокулярная область спереди, которая сквозь заросли как бы “высвечивает” предметы. Если глаза животного смотрели бы в абсолютно противоположных направлениях — то есть если бы бинокулярная область полностью отсутствовала, — то вся серая краска осталась бы внутри первого шестиугольника того, в котором находится животное. А глаза животного на рис. 17 бнаправлены вперед, и поэтому оно обладает широкой бинокулярной областью. Это позволяет ему распознавать предметы, попадающие в любую точку не только передней половины шестиугольника, в котором оно находится, но и трех впереди лежащих шестиугольников. В сумме оно способно контролировать взглядом 3,5 шестиугольника, а животное с боковым расположением глаз — всего один.

Однако на самом деле эти расчеты даже недооценивают все преимущества, которые дают животным глаза, направленные вперед. Дело в том, что шестиугольный мирок рис. 17 плоский, а реальность трехмерна, и это особенно важно учитывать в лесу, где многие достойные внимания объекты могут появляться как сверху, так и снизу. В таком случае правильнее будет представлять наш лес не в виде аккуратных шестиугольных плиток, а как нагромождение шаров, причем поверхность каждого шара состоит из преграждающих зрение листьев. А поскольку вокруг одного шара можно уместить двенадцать других, в данной модели те животные, глаза которых направлены вперед, смогут зрительно контролировать пространство в пределах находящихся перед ними шести шаров, а также переднюю половину своего собственного шара, в то время как животные с боковым расположением глаз будут способны распознавать объекты внутри только одного шара — того, в котором они сами находятся. Таким образом, зрительно распознаваемый мир животных, обладающих направленными вперед глазами, окажется в шесть с половиной раз больше.