автор лого - Климентий Левков Дом ученых и специалистов Реховота
(основан в июле 1991 года)
 
 
В Доме ученых и специалистов:
----------------
 
 
Архив
 
Дом ученых и специалистов Реховота
Проект "Научно и понятно"

 

июнь, 2011 г.

 

Не Делаем Секрета из Ультрафиолета:
цикл УФ рассказов


Доктор Эдуард Коркотян
(Институт Вейцмана Реховот)
Эдуард Коркотян

 

Начало   Пред.


Рассказ четвёртый: Изобретение глаза

В первом рассказе я упомянул, что человеческому зрению доступна лишь часть солнечного спектра, которую называют видимым светом. Она охватывает участок длин волн примерно от 380 до 740 нм. Левый предел воспринимается глазом как фиолетовый, а правый - как пурпурный. Левее фиолетового расположена невидимая глазу область, обозначенная приставкой "ультра", то есть крайняя или запредельная. Не будем также забывать, что атмосфера Земли является непреодолимым препятствием для экстремальной области УФ короче 280-310 нм или около того, в зависимости от времени суток и географической широты. Так что из поля нашего зрения в буквальном смысле выпадают около 80-100 спектральных нанометров. Очевидно, что это совсем немало - около четвертой части всей видимой области, составляющей от начала до конца менее 400 нм. Как же сложилась такая информационная расточительность?

На этот незамысловатый вопрос не так-то просто ответить. Часто утверждают, что, ультрафиолет токсичен для сетчатки и лишь по этой причине глаза, в процессе эволюции, были вынуждены обустроить себе эффективную защиту. Согласиться с этим утверждением можно лишь отчасти, и вот почему. Не только УФ, но вообще любой слишком яркий свет может нанести урон элементам сетчатки. Но часто ли такое происходит? Да практически не происходит вовсе. Стоит взгляду скользнуть по яркому солнцу или вспыхнуть мощной лампе - и ты немедленно зажмуришься - причём, совершенно рефлекторно, не тратя времени на раздумья, как отдёрнул бы руку от горячей сковородки. Дуга мигательного рефлекса замыкается на уровне зрительного и лицевого нервов, без прямого участия сознания, при условии, что достаточно возбуждён зрительный нерв. Но перед атакой ультрафиолета глаз беззащитен, просто потому что вообще не может его различить, как бы силён тот ни был и тем самым подвергает себя нешуточной опасности. Чем же это объясняется? Обратимся к строению глаза человека.

В сущности перед нами камера с линзой и диафрагмой для регуляции её относительного отверстия или диаметра. На дне камеры расположен слой светочувствительных клеток - сетчатка. Естественная среда глаза такова, что более энергичная часть УФ полностью поглощается уже в самом начале, роговой оболочкой. УФ-А проникает несколько глубже и сквозь прорезь в радужной оболочке, называемой зрачком, достигает линзы - хрусталика, дальше которого практически не проникает. Светочувствительные клетки сетчатки вполне способны воспринимать УФ, просто он до них практически никогда не добирается. Это в 1949 году показали уже первые операции по внедрению искусственного хрусталика, сделанного из материала, который недостаточно поглощал УФ. Описаны также случаи врождённой или приобретённой афакии, то есть отсутствия хрусталика. Глаз тогда делается крайне дальнозорким, но одновременно с этим обретает также способность видеть тайный, невидимый свет. В таком случае, может быть сам материал хрусталика по природе своей скрывает от нас часть видимого мира и с этим, как говорится, ничего не поделаешь - таков уж удел всего живого? Но и это вовсе не так.

Чтобы полностью разобраться с типами и оттенками видимого света, нам следует отправиться к самым истокам зрения, когда оно еще только возникло, когда живая материя - дотоле незрячая - вдруг прозрела!

 

Случилось это на заре развития жизни на земле, хотя нам трудно сказать наверняка в какую именно геологическую эпоху, возможно, в конце Мезопротерозойской эры, около миллиарда лет назад. Сравнительно незадолго до этого появилась ядерная клетка, ставшая гораздо крупнее своей доядерной предшественницы. Она имела весьма сложное строение, содержала множество специализированных органелл, а генетический материал хранила не как попало, а в изолированном отсеке, окруженном двойной мембраной - в клеточном ядре. К слову сказать, все современные организмы включая и нас с вами (и не считая самых примитивных - бактерий и архей) являются эукариотами, т.е. несут в своих клетках ядро. Именно из древних одноклеточных эукариот развился интересующий нас класс - жгутиковые. Эти существа научились резво плавать в воде пользуясь длинным тонким отростком (а иногда и несколькими) наподобие гребного винта или весел. Жгутиковым суждено было заложить сразу два магистральных пути развития эволюции: в сторону царства животных и царства растений, хотя развитие растений, конечно же, началось значительно раньше. Некоторые жгутиковые обладали признаками и животного, и растения одновременно, поскольку питались готовой органической пищей в темноте, а на свету производили ее самостоятельно при помощи фотосинтеза. Одна из представительниц жгутиковых, эвглена зелёная, хорошо нам знакома. В благоприятных условиях она может вызвать бурное цветение водоемов. Если внимательно изучить поведение эвглены в освещенной капле воды, то выяснится, что она безошибочно движется от темноты к свету, так, как будто способна его видеть. Происходит это благодаря небольшой органелле - стигме у основания ее жгутика. Это не что иное как светочувствительный глазок, не более половины микрометра в диаметре, заполненный гранулами органического пигмента каротиноида, который и направляет перемещения эвглены, так что ей не приходится слепо скитаться в потемках. Считается даже, что небольшая частичка крахмала на дне глазка играет роль своеобразной светопреломляющей линзы, но проверить это на практике довольно трудно.

 

Таков пример древнейшего зрения. С него, можно сказать, всё началось. Но и многие многоклеточные животные, появившиеся эволюционно гораздо позже, все еще не способны были на большее, нежели просто умение отличать свет от тьмы. Главным образом это позволяло им юркнуть в песок от любой проплывающей тени. Первые органы зрения, которые, хоть с натяжкой, можно было назвать глазами, появились у древних медуз. Поначалу это были простые скопления светочувствительных клеток в виде глазных пятен, но и они явились огромным шагом вперед, поскольку помогали животному мало-мальски ориентироваться в трехмерном пространстве: определять направление, источник света и даже выявлять отдельные объекты. У некоторых современных медуз глаза, в количестве 24-х, устроены ее сложнее: они делятся на простые и выпуклые, имеют довольно большую глубину резкости благодаря встроенной линзе и могут быть подвижны. Сетчатка этих глаз, как бы "опередивших своё время" намеренно выведена из зоны фокуса, так что на ней формируется лишь расплывчатое "обобщенное" изображение. Причина может заключаться в отсутствии у медузы достаточного интеллектуального потенциала для анализа слишком качественного изображения.

А вот обладательницей первого глазного органа, имеющего классическую форму бокала, стала улитка. К тому же, ее глазные щупальца весьма подвижны, могут легко менять угол зрения, хотя и не избавляют улитку от крайней близорукости: глубина ее зрения составляет всего около 1 см. Кроме того, улитка совершенно не видит цветовых оттенков.

 

В одном из старых учебников по фотографии был помещен великолепный пейзажный снимок, сделанный безо всякой специальной техники: пленка была помещена в так называемую камеру-обскуру: светонепроницаемую коробку средних размеров с небольшим отверстием на противоположной стенке. Но задолго до первых фотографов, световое отверстие изобрели древние наутилусы. Наутилусы живут в спиральной раковине, которая может достигать более 20 см в диаметре. Камера для наутилуса не только убежище, но и своеобразная субмарина: нагнетая или выпуская газ из ее отсеков, моллюск управляет своей плавучестью (за что и был увековечен Жюлем Верном). Наутилусы являются одними из самых древних представителей своего класса - головоногих. Их расцвет пришелся на начало Палеозойской эры (около 500 млн. лет назад), но около шести их видов сохранились до наших дней в своем первозданном виде. И хотя современные головоногие имеют великолепно развитую нервную систему, эти демонстрируют нам свою завидную архаичность. Хорошим примером является зрение наутилусов: их глаза начисто лишены хрусталика, а зрачок заполняет вода. Несмотря на такой примитивизм, суммарное "рецептивное поле" их сетчатки составлено несколькими миллионами сенсорных клеток, что можно расценить как своеобразную заявку на блестящее будущее.

 

И будущее не заставило себя ждать. Дальнейшее развитие глаз происходило стремительно. Нам трудно дать определённую временную привязку тому моменту, когда появился полноценный глаз, наделённый хрусталиком и тонкой системой фокусировки. Находки тех или иных палеонтологических образцов часто зависят от случая и нет никакой гарантии того, что какая-либо малочисленная группа прозревших моллюсков не появилась гораздо раньше, чем нам кажется. Но расчеты показывают: улучшенное зрение - такое неоспоримое преимуществом в борьбе за существование, что даже небольшая прибавка будет немедленно растиражирована и закреплена генетически. Во всяком случае доподлинно известно, что уже в Ордовикском периоде, т.е. 450 млн. лет назад, у головоногих моллюсков из материала ткани эпителия появился хрусталик. Он представляет собой не что иное как биологическую линзу, которая фокусирует и направляет свет. Как и с любой оптикой, определяющими факторами здесь являются сила преломления света и размер (чем последний больше, тем подробнее будет сформированное изображение). Пройдя сквозь линзу, свет фокусируется на сетчатке, создавая яркое реалистическое отображение мира. И, кстати, цветное. Но для того, чтобы начать различать цвета одного хрусталика мало: требуются особые цветочувствительные рецепторы. Не так всё просто и с наведением на фокус. Ведь для этого хрусталик требуется, как минимум, перемещать взад и вперед относительно сетчатки. Об этих технических ухищрениях мы и поговорим в следующей главе.

 

(Продолжение)

Copyright © 2010-2011 Доктор Эдуард Коркотян    
(Институт Вейцмана)
    

июнь, 2011 г.    



Страница 5 из 5
  ГлавнаяДневник мероприятийПлан на текущий месяц    
copyright © rehes.org
Перепечатка информации возможна только при наличии согласия администратора и активной ссылки на источник! Мнение редакции не всегда совпадает с мнением автора.