Борис Сергеев - Жизнь океанских глубин

Несмотря на значительные различия в характере поставляемой информации, принцип работы анализаторных систем имеет между собой много общего и сходен с характером их деятельности у наземных животных. Однако жизнь в толще воды вносит свои коррективы. Обитатели океана оснащены как самыми обычными анализаторами, встречающимися и у сухопутных животных, так и совершенно неожиданными, немыслимыми в воздушной среде.

Светочувствительные органы, видимо, были самыми первыми рецепторами живых существ. Это не случайно. Жизнь на Земле тесно связана со светом. Сухопутные животные значительную часть интересующей их информации получают с помощью зрения. Глаза способны давать более детальную информацию, чем любые другие органы чувств.

Нет необходимости рассказывать о принципе устройства глаз. Они общие для всех животных. Уместнее остановиться на свойствах морской воды как оптической среды и на особенностях зрительного аппарата, возникшего под ее воздействием. Свет распространяется со скоростью 300 000 километров в секунду. Это значит, что зрительная информация практически мгновенно достигает глаз. При всем многообразии информации, которую черпает мозг из показаний зрительных рецепторов, сами рецепторные клетки способны воспринимать лишь разницу в интенсивности достигших их световых лучей и только у части животных позволяют определять длину световых волн и плоскость их поляризации.

Светочувствительные рецепторы есть у большинства животных. Ими владеют даже эвглены — одноклеточные зеленые водоросли. Настоящие глаза впервые появились у червей, причем сразу в двух сильно отличающихся вариантах: фасеточные, состоящие из множества простых глазков, и камерные, то есть того же типа, что и глаза человека. Наиболее совершенными фасеточными глазами обладают высшие ракообразные. Камерные глаза — непременный атрибут животных с развитым мозгом.

Фоторецепторы воспринимают свет с помощью фоточувствительных пигментов. Если нужно лишь уловить свет и оценить его интенсивность, достаточно одного пигмента. Наибольшее распространение получили два вещества. Красный палочковый пигмент родопсин характерен для сухопутных животных, человека и морских рыб. Выбор обитателей океана объясняется большей чувствительностью родопсина к световым лучам сине-зеленой части спектра, то есть к световым волнам длиной 470–480 нанометров, которые глубже всего проникают в толщу морской воды. Чувствительность пурпурного пигмента порфиропсина сдвинута в красную сторону, то есть в область более длинных волн. Им пользуются рыбы, живущие в менее прозрачной воде пресноводных водоемов, куда плохо проникают световые волны сине-зеленой части спектра. В рецепторных клетках глаз некоторых морских рыб одновременно присутствуют и родопсин и порфиропсин.

В камерном глазу позвоночных встречаются два типа светочувствительных клеток: палочки, предназначенные для сумеречного зрения, и колбочки, обеспечивающие цветное восприятие Палочки обладают высокой чувствительностью к свету. Если глаз животного привык к темноте, палочка способна возбудиться при воздействии всего 1 фотона. Это не значит, что животное заметит этот свет. Дело в том, что множество палочек сначала посылает свою информацию какой-то определенной биполярной клетке. В свою очередь, несколько биполярных клеток передают информацию определенной ганглиозной клетке, и по ее главному отростку — аксону информация поступает в мозг.

Чтобы раскачать эту громоздкую систему и заставить ее направить в мозг сообщение об изменении световой обстановки, требуется, чтобы как минимум 6–7 фотонов «кучно» бомбардировали сетчатку и были бы поглощены ею на крохотном участке, где сосредоточено не более 500 палочек. Хотя палочки весьма чувствительны к свету, структура их связей не позволяет обеспечить высокую разрешающую способность глаза, иными словами, не дает возможности разглядеть мелкие предметы.

Колбочковые пигменты менее чувствительны к свету, поэтому работать в полумраке не способны. Система сбора колбочковой информации устроена менее громоздко, чем палочковой. Колбочек на каждую ганглиозную клетку замыкается гораздо меньше, чем палочек, поэтому разрешающая способность системы достаточно высока. Читать, шить вышивать люди способны благодаря колбочкам.

Родопсин обеспечивает черно-белое зрение. Для цветного необходимо иметь не меньше трех пигментов с избирательно повышенной чувствительностью к световым волнам определенной части спектра или оснастить колбочки несколькими типами фильтров, каждый из которых избирательно пропускает лишь определенную часть световых лучей. У рыб они содержат фиолетовый пигмент иодопсин и голубой цианопсин, чувствительные к световым волнам длиной 562 и 620 нанометров. Кроме того, в рецепторных клетках находятся масляные капли, выполняющие роль светофильтров. В результате один вид колбочек реагирует на насыщенный красный цвет, другой — на насыщенный зеленый, третий — на насыщенный сине-фиолетовый цвет. Эти три вида рецепторов позволяют воспринимать широкий спектр цветовых оттенков.

Далеко не все животные обладают обоими типами фоторецепторов. Те из них, кто живет в условиях полумрака, не нуждаются в колбочках. Однако есть предел освещенности, когда даже палочки уже ничего различить не могут. Существуют различные способы повысить чувствительность глаз. В том числе увеличение размера, оснащение их светоотражающими экранами и большие зрачки.

Ясно, что в большом глазу может «уместиться» больше света, чем втиснулось бы в маленький, в особенности если он оснащен крупным зрачком. Самыми большими бывают глаза у обитателей океанской бездны. У каракатицы они достигают примерно 0,1 размера тела, у крупных осьминогов и кальмаров глаза с футбольный мяч, до 20 сантиметров в диаметре, ну а у гигантского кальмара и глаза гиганты диаметром до 40 сантиметров! Не глаза, а два бочонка. Поражают глаза глубоководных ракообразных. У бокоплавов, обитающих далеко от поверхности океана, они сливаются на спинной стороне головы в гигантское сооружение, занимающее почти треть длины тела.

Рыбы не пошли на общее увеличение объема глазных яблок, а ограничились их удлинением в передне-заднем направлении. В результате получились трубчатые или, как их принято называть, телескопические глаза, ими пользуются главным образом глубоководные рыбы. Обитатели мелководий умеют менять величину зрачка. Глубоководным рыбам это ни к чему. Им размер зрачков задан раз навсегда, и обычно они больше хрусталика, что позволяет проникать в глаз дополнительным порциям света.

Глаз может хорошо видеть, только когда его размер достигнет критической величины. Неудивительно, что крохотные глазки рыбьих мальков подслеповаты. По мере роста рыбешек увеличиваются и глаза, причем необычайно быстрыми темпами. В результате глаза взрослых рыб в сравнении с размерами их тела кажутся гигантскими. Представьте, у светящегося анчоуса они достигают половины головы. Зрение, видимо, играет важную роль в их жизни.