Занимательная биология
Шрифт:
Но прежде чем все это случится, свет должен упасть на сетчатку. Ее клетки, преобразуя световую азбуку в код, понятный мозгу, сработают точно и воспроизведут в нашем сознании четкую картину увиденного в том случае, если оптическая система глаза наложит на сетчатку хорошо сфокусированное изображение предмета, который мы рассматриваем.
Свет фокусирует («загибает» его лучи в один центр) вначале роговица — прозрачная полусфера, образующая переднюю стенку глаза (когда мы спим, ее прикрывают веки).
Впрочем, форма роговицы не совсем сферическая. Природа, изобретая глаз, «продумала» все (почти все!) до мелочей. «Сферическая линза, — говорит Р. Фейнман, — обладает известной оптической оберрацией. Наружная часть роговицы более „плоская“, чем у сферы, причем как раз настолько, чтобы аберрация ее оказалась
За роговицей — цветная радужина (черная, коричневая, голубая, серая — у каждого своя). В ней дырочка — зрачок. Радужина — это диафрагма: она, то сжимаясь и уменьшая зрачок, то растягиваясь и увеличивая его, пропускает в глаз столько света, сколько нужно. Как в фотоаппарате: в сумерках — диафрагма маленькая, зрачок большой. При ярком солнце — диафрагма большая, зрачок маленький.
За радужиной лучи света попадают прямо в «объятия» хрусталика — двояковыпуклой линзы из органического вещества. Он их «загибает» к центру еще больше, чем роговица. Хрусталик, как луковица, сложен из разных слоев, и каждый его слой преломляет лучи под определенным углом: центральные слои сильнее, чем наружные. Поэтому он может позволить себе быть менее кривым, чем любая монотонно преломляющая линза на его месте.
Роль хрусталика двойная: просто фокусировка и аккомодация — установка зрения на разные дистанции. Каждый, кто хоть раз фотографировал, знает, что, снимая близкие и далекие предметы, фокус в аппарате постоянно приходится менять: то удалять, то приближать объектив к светочувствительной пленке. Точно так же устроены глаза каракатиц, кальмаров и осьминогов. Когда смотрят они вдаль, хрусталик «отъезжает» вперед. Когда рассматривают что-нибудь у себя под щупальцами, глазные мышцы тянут его назад — к сетчатке.
У нас и наших родичей позвоночных животных механика аккомодации другая: хрусталик не ползает взад-вперед, как объектив в фотокамере, но лишь сильнее сжимается в шарик, либо растягивается в чечевицу и так меняет фокусное расстояние пронзающих его лучей.
Пройдя через хрусталик, они падают на сетчатку, а это, в сущности, частичка мозга. Сетчатка сплошь сложена из нейронов и световых рецепторов — палочек и колбочек. По непонятной причине она словно вывернута наизнанку: сверху, ближе ко входу в глаз, лежат нервные клетки, а за ними рецепторы, так что свет должен вначале пройти через нечто непрозрачное, чтобы достичь цели — алчущих его палочек и колбочек. И это после того, как столько изобретательности было потрачено на создание совершеннейшей оптики на передней стенке глаза! «В общем, — сокрушается Фейнман, — некоторые вещи в устройстве глаза кажутся нам великолепными, а некоторые просто глупыми». Вот вам пример того, что не все в природе разумно и целесообразно.
Никакого глубокого смысла, никакой необходимости выворачивать сетчатку наизнанку не было. Это доказывает нам осьминог.
«Если, — пишет один ученый, — попросить зоолога указать наиболее поразительную черту в развитии животного мира, он назвал бы не глаз человека (конечно, это удивительный орган) и не глаз осьминога, а обратил бы внимание на то, что оба эти глаза, глаз человека и глаз осьминога, очень похожи».
Похожи не только своим устройством, но часто даже и выражением — странный факт, который всегда поражал натуралистов. Осьминожий глаз, по сути дела, ничем не отличается от человеческого. В нем есть и роговица, и веки, и радужина, и хрусталик, и две полости, заполненные прозрачной жидкостью. Есть и сетчатка — замечательный пример конвергенции, совпадения эволюции, когда у животных с разной судьбой и во всем далеких друг от друга развиваются одни и те же органы.
Конструируя глаз человека и осьминога, «природа дважды пришла к одному и тому же решению проблемы, но с одним небольшим улучшением…» у осьминога. Его сетчатка не вывернута наизнанку: в ней свет сначала падает на воспринимающие его рецепторы, а нервные клетки, занимающиеся вычислением и переводом оптической информации на универсальный язык мозга, лежат за ними и не наводят тень на фотоэлементы.
Ни один орган чувств не «думает» столько, как наши глаза: не делает никаких предварительных вычислений [40] .
40
И не совершает столько чисто физической работы: ведь глаза наши, как совершенно неожиданно было недавно установлено, постоянно вращаются, рассматривая что-нибудь. Если они хотя бы на одну секунду остановятся, мы перестанем видеть!
Почему так видим?
В самом деле, почему, если закрыть один глаз, а другим смотреть прямо перед собой и в это время медленно отодвигать из поля зрения, скажем, палец, то в каком-то месте он неожиданно исчезнет? «Известен, — говорит Р. Фейнман, — пока лишь один случай, когда из этого эффекта была извлечена реальная польза».
Один натуралист научил французского короля «отрубать» таким способом головы нудным министрам на утомительных заседаниях государственного совета и стал любимцем при дворе.
А дело все в слепом пятне, так называют место в сетчатке нашего глаза, в котором все зрительные нервы собираются в пучок и выходят в мозг. А так как их целый миллион, то пучок получается не маленький — 4 квадратных миллиметра в сечении. Здесь сетчатка не чувствует света, и поэтому изображения, попадающие на слепое пятно, исчезают из поля зрения, как головы министров веселого монарха.
В сетчатке есть еще одно хорошо известное пятно — желтое. В нем, наоборот, видимость наилучшая. Желтое пятно сплошь выстлано колбочками, чем дальше от него, тем больше в сетчатке попадается палочек. В центре поля зрения мы видим, следовательно, с помощью колбочек, о том же, что ближе к его краям, информируют нас в основном палочки. А так как палочки в миллион раз чувствительнее колбочек к слабому свету, получается, что в темноте мы лучше видим краем глаза, чем прямо перед собой. Краем глаза как бы ведется разведка, потому что всякий объект, попадая сбоку в поле зрения, сначала замечается краевыми клетками сетчатки. Потом уже, направив на него глаза, мы детально рассматриваем и анализируем его колбочками желтого пятна.
Поскольку палочки не различают цвета (это делают колбочки), на краю поля зрения, откуда лучи попадают на периферию сетчатки, наделенную лишь палочками, даже яркие предметы выглядят монотонно-серыми. Поэтому в сумерках мир теряет для нас свои яркие краски: ведь, когда света мало, мы видим с помощью одних только палочек, а они показывают нашему мозгу только черно-белое «кино».
По этой же причине все плохо освещенные предметы кажутся нам серыми, без красок. Даже многие «огнедышащие» звездные миры в телескопе серы, как предрассветный туман на болоте — свет от них, пока миллиарды лет бежит до нас, теряет в пути так много энергии, что колбочки глаза не могут определить его цвет. Но он все-таки есть! Недавно американские астрономы получили цветные снимки Кольцевидной и Крабовидной туманностей: первая из них изумительно синяя с ярким красным ореолом, а вторая — голубая с мраморным оранжевым рисунком.
Палочки сетчатки к синим лучам спектра более чувствительны, чем колбочки, но зато совсем не видят темно-красный цвет: он для них все равно что черный. Отсюда получается эффект Пуркинье: в сумерках синее кажется ярче красного, а днем, когда много света, красный цвет, бесспорно, ярче синего.
Предполагается, что цвет (и синий, и красный, и любой другой) мы видим так: есть три типа колбочек, каждый реагирует на электромагнитные колебания определенной частоты. Говоря иначе, одни колбочки поглощают преимущественно красные лучи, вторые — зеленые, третьи — синие. И поэтому, когда свет попадает в глаз, мозг исследует разную информацию, поступившую от колбочек, и решает, осмыслив ее, какого цвета лучи видит глаз.