Занимательная физиология - Борис Сергеев

Световоспринимающие приборы глаза устроены так, что они способны передавать в мозг информацию не об интенсивности падающего на них света, а лишь о характере изменения освещенности. Как только произойдет хоть малейшее изменение освещенности палочек и колбочек, они немедленно телеграфируют об этом мозгу и ждут следующих изменений, чтобы дать новую телеграмму. И так всю жизнь.

Об этих интересных особенностях световоспринимающих элементов впервые узнали благодаря изучению электрических реакций, возникающих при освещении глаза. Теоретическое осмысливание их приводило к гипотезе, что при пристальном рассматривании неподвижным глазом неподвижного предмета он может быть виден в течение лишь очень короткого времени. Проверить это предположение было не так-то просто, ведь человеческий глаз, кроме значительных поисковых движений, постоянно дрожит, совершая небольшие колебания. Все же ученым удалось найти остроумный способ для экспериментального изучения этого вопроса. Так как остановить движение глаза оказалось очень трудным, изображение прикрепили непосредственно к глазному яблоку. Благодаря этому, как бы глаз ни двигался, изображение фокусируется все на те же элементы сетчатки. Исследование подтвердило, что неподвижного изображения глаз не видит!

У позвоночных животных способность двигать глазами появилась на довольно поздних стадиях эволюции. Глаза большинства рыб неподвижны, но, видимо, им это не мешает. Вода не дает телу прочной опоры, и оно никогда не бывает абсолютно неподвижным, а вместе с ним движутся и глаза.

Когда древние рыбы превратились в земноводных и, выбравшись на сушу, получили для своего тела прочный фундамент, они взамен утратили способность непрерывно видеть окружающий их мир. Потеря эта оказала на амфибий, видимо, очень существенное влияние: утратив постоянный приток зрительной информации, они значительно поглупели по сравнению со своими предшественниками — рыбами. Когда нет информации, мозгу нечего делать и он не развивается.

Удивительный мир видят амфибии. Взгляните летним полднем на лягушку или жабу, нежащуюся где-нибудь на мелководье под лучами ласкового солнца. С каким философским спокойствием рассматривают они мир! Да и о чем волноваться! Когда жаркое марево повисло над болотом, а в воздухе не чувствуется ни ветерка и ни одна травинка, ни один листок не дрогнет, перед глазами у жабы вместо буйства красок висит, как занавеска, голубовато-серая дымка, точно попала она в просторы океана или сидит перед экраном включенного телевизора, у которого испорчено приемное устройство.

Как ни скучен, ни однообразен мир, который видят амфибии, такие глаза создают известные удобства. Ни одно живое существо не ускользнет от их взора. Вот мимо пролетела муха, и на пустом экране телевизора тотчас появилось ее изображение. Вот она села на стебелек осоки, травинка качнулась и тоже появилась на экране, но ненадолго, и вновь перед лягушкой на фоне серовато-голубой дымки лишь ползущая муха, одна-единственная на всем белом свете. Ну как же ее не заметить? Никакая добыча не ускользнет от таких внимательных глаз.

Временная слепота не мешает амфибиям жить и нормально ориентироваться. Они не натыкаются на предметы, ведь стоит только шевельнуться, и на экране молчавшего до того телевизора появляется окружающий мир.

Можно считать, что амфибиям не очень повезло с анализаторами. Условия приема звуковой и обонятельной информации в воздушной среде значительно отличаются от того, что происходило в воде. Эти органы чувств у амфибий оказались не очень хорошо приспособленными к новым условиям. Поэтому пищу амфибии находят только с помощью зрения, да и ту могут замечать, лишь когда она движется.

Кому приходилось держать жаб и лягушек у себя дома, знают, что неподвижную пищу они не берут. Это очень прискорбная особенность лягушек. Как известно, эти безобидные терпеливые существа стали излюбленным объектом ученых для проведения всевозможных медицинских и биологических исследований; к тому же лягушки очень дешевы, а содержать их можно в течение всей зимы где-нибудь в прохладном помещении, и корма они в это время не требуют, ведь и в природе они зимой впадают в спячку и в этот период совсем не едят.

Лягушки — очень удобный объект для исследования, но есть у них один-единственный недостаток, пришло лето — кончай работу. Лягушки выходят из спячки и начинают усиленно питаться. В этот период им нужно много корма и обязательно живого. В лабораториях, где содержится по нескольку сотен или тысяч лягушек, организовать питание очень сложно, да и живой корм стоит намного дороже самих лягушек. Пытаться приучить есть из кормушки кусочки сырого мяса — бесполезно. Ведь они его не видят. Долго не удавалось преодолеть это препятствие, пока не догадались сделать вращающуюся кормушку, вроде карусели, по краям которой раскладывают кусочки мяса. К такой кормушке лягушки скоро привыкают и начинают как ни в чем не бывало питаться мясом.

Трудно представить, что, создавая глаза, природа с самого начала планировала использовать особенности зрения неподвижным глазом для повышения его чувствительности. У высших животных это свойство не сохранилось, глаза получили способность двигаться.

Улучшение зрения шло по пути повышения чувствительности световоспринимающих приборов. Это вносило свои трудности в работу глаза: очень чувствительным приемникам, способным хорошо работать в сумерки, мешает сильный свет. Поэтому, еще на заре создания зрительных рецепторов, они обзавелись диафрагмой, чтобы менять интенсивность светового порога.

У человека, адаптированного к темноте, диаметр зрачка достигает 8 миллиметров, при ярком свете он в несколько раз меньше. Сужение зрачка не просто ограничивает световой поток, оно позволяет увеличить резкость изображения, так как световые лучи в этом случае проходят через центр роговицы и хрусталика, то есть через те части светопреломляющей системы, которые оптически более однородны.

Анализаторы обладают одной интересной особенностью: ощущение, вызванное каким-нибудь раздражителем, исчезает не сразу после прекращения его действия. Благодаря этому мы слышим непрерывные звуки, а не отдельные колебания, и достаточно частые световые вспышки воспринимаем как непрерывный световой раздражитель. Человек перестает замечать отдельные световые вспышки, если они даются с частотой 16–18 в секунду. Эти свойства зрения стали предпосылкой для возникновения особого вида искусства — кино. Благодаря тому что во время демонстрации кинофильмов отдельные диапозитивы проецируются на экран с частотой 24 кадра в секунду, мы видим непрерывное изображение, и у нас возникает иллюзия реальности движения.

Мы, люди, очень медлительные существа, и такая длительность последовательных ощущений нам не мешает жить. А вот птицам и летающим насекомым она не подошла. Если бы и у них ощущение сохранялось так же долго, им трудно было бы видеть окружающий мир при быстром полете. Зато они лишены удовольствия смотреть фильмы в наших кинотеатрах. Чтобы насекомые увидели единое изображение, потребовалось бы менять не меньше 200 кадров в секунду.

Камерный глаз высших животных настолько сложный прибор, что приходится учиться им пользоваться. Эту функцию берет на себя мозг. Раньше, чем пользоваться глазами, мозг должен научиться расшифровывать посылаемую ими информацию. Например, определять, который из двух предметов находится ближе. Может случиться, что их изображения на сетчатке окажутся равными или даже образ далекого предмета будет больше, чем ближнего.

Вообще простое изображение предмета на сетчатке не позволяет судить о его размерах. Решить эти вопросы на основе информации, полученной лишь от светочувствительных элементов, невозможно. Приходится сопоставлять чисто зрительные ощущения с показателями мышечных рецепторов, информирующих мозг о положении каждого из глаз (вернее, о величине угла, под которым пересекаются его оптические оси), а также с величиной аккомодации, то есть степенью изменения кривизны хрусталика. Величина аккомодации позволяет нам ориентироваться в величинах и расстояниях при рассмотрении предмета одним глазом. Этот же механизм используют многие животные, кролики, вальдшнепы, рыбы, устройство лицевой части черепа которых не дает возможность рассматривать интересующие их предметы двумя глазами.

Возможность к дешифровке и объединению оптических и двигательных показателей заложена в конструкции мозга, но этому приходится учиться точно так же, как и управлять своими руками и ногами.

Насекомые своими сложными глазами видят весь мир мозаичным, но им повезло в том отношении, что изображение окружающих предметов получается прямым. Позвоночным животным сложнее пользоваться своими камерными глазами. Поскольку световые лучи, проникающие в наш глаз, проходят сквозь крохотную двояковыпуклую линзу и в ней преломляются, изображение рассматриваемых предметов, сфокусированное на задней стенке глаза, оказывается перевернутым вверх ногами. Почему же мы видим мир нормальным, какой он есть на самом деле? Оказывается, наш мозг, сопоставляя показания, получаемые из глаз, с информацией, идущей от других органов чувств, главным образом от кожных и мышечных рецепторов, еще в раннем детстве привыкает в ней правильно разбираться.