Ознакомьтесь с Условиями пребывания на сайте Форнит Игнорирование означет безусловное согласие. СОГЛАСЕН
Короткий адрес страницы: fornit.ru/2592 
Содержание журнала Достижения науки, техники и культуры
Для чего медузам сложные глаза?
Автор: Варвара Веденина
Кубомедузы отличаются от всех остальных медуз активным охотничьим поведением и хорошо развитыми камерными глазами, сходными по строению с глазами позвоночных. Хрусталик камерного глаза обладает прекрасными оптическими свойствами и передает изображение практически без искажений. Однако выяснилось, что фокусное расстояние превышает расстояние до сетчатки, поэтому глаз не может видеть мелких деталей, а лишь крупные объекты. Тем не менее, похоже, кубомедузы успешно используют такое зрение для решения конкретных задач.
Кубомедузы известны тем, что среди них сравнительно много ядовитых видов (см. также «Опасные обитатели моря»), например так называемые морские осы (Chironex fleckeri). Они встречаются в основном на мелководье, около песчаных пляжей или в мангровых болотах в Америке, Австралии и Новой Зеландии. Но мало кто знает, что кубомедузы обладают прекрасно развитыми глазами, необычными для беспозвоночных животных. Из-за хорошо развитого зрения этих медуз недавно даже выделили из класса Сцифоидных (Scyphozoa), тип Кишечнополостные, в отдельный класс Cubozoa, поскольку остальные сцифоидные медузы таким зрением не обладают. Еще одно морфологическое отличие нового класса заключается в том, что форма зонтика кубомедуз имеет квадратную форму на поперечном срезе. Единственное исключение составляет Tripedalia cystophora, вид, про который и пойдет речь дальше.
На биологическом факультете Лундского университета в Швеции вот уже несколько лет исследуют зрение кубомедуз Tripedalia cystophora. Эта мелкая медуза (размер ее купола 10 мм) обитает на Ямайке и в Пуэрто-Рико, она активно плавает днем близко к поверхности воды меж мангровых корней. Ее легко разводить в лаборатории, и она хорошо живет и размножается в искусственных условиях. Tripedalia имеет нетипичную, округлую, форму купола, но при этом обладает вполне характерными для кубомедуз глазами, которые располагаются на специфических сенсорных выростах — так называемых ропалиях. Каждый ропалий имеет по 6 глаз: 4 простых глазка и два камерных глаза. Верхний и нижний камерные глаза имеют сходное строение и различаются только по размеру. Все главные компоненты типичного камерного глаза присутствуют: роговица, хрусталик, сетчатка, пигментный слой и диафрагма. Изменение интенсивности света приводит к изменению диафрагмы нижнего глаза, тогда как диафрагма верхнего глаза остается постоянной.
Используя особую методику измерений, исследователи Лундского университета изучили преломляющие свойства хрусталиков обоих глаз. Измерения проводили на изолированном хрусталике, помещенном в каплю морской воды под микроскопом. Коэффициент преломления в центре хрусталика независимо от его ориентации оказался равен 1,48, что сравнимо с коэффициентом преломления хрусталиков рыб (Kröger et al., 1994). Прослеживание хода лучей, проходящих через хрусталик, показало идеальные оптические свойства для обоих глаз. Таким образом, лучи, приходящие с самых разных направлений, должны хорошо фокусироваться на сетчатке кубомедузы, в результате чего должно формироваться прекрасное изображение без искажений.
Однако дальнейшие исследования свойств глаза Tripedalia дали неожиданные результаты. Когда в том же Лундском университете построили геометрическую модель глаза, чтобы понять, как изображение фокусируется на сетчатке, оказалось, что, с учетом известного уже коэффициента преломления хрусталика, изображение фокусируется не на сетчатке, а за ней. Таким образом, идеальные преломляющие свойства хрусталиков не используются из-за «неправильной» геометрии глаза.
Исследователи Лундского университета попытались интерпретировать эти результаты по-иному: глаз медузы работает как пространственный низкочастотный фильтр, то есть у глаз намеренно сбита фокусировка, чтобы не видеть мелких деталей. Такой глаз хорошо различает большие и неподвижные объекты, и не видит планктон и разную мелкую взвесь в воде. Если мы вспомним, что кубомедузы в основном обитают на мелководье в мангровых зарослях, то можно предположить, что такое зрение вполне может обеспечивать быстрое плавание и лавирование меж подводных корней и стеблей.
Есть и другая гипотеза, как может использоваться пространственный низкочастотный фильтр. Tripedalia охотится в основном на рачков-копепод. В солнечные дни копеподы образуют плотные скопления в вертикальных столбах света, которые формируются между корней мангровых зарослей. Медуза прекрасно видит световой луч и начинает быстро плавать взад и вперед, много раз пересекая этот луч света. Благодаря этой простой и эффективной стратегии охоты множество копепод захватываются щупальцами медузы. Для этого не требуется хорошо видеть мелкие объекты, но необходимо различать крупные.
Обсуждая оптические свойства глаза, мы совсем не касались проблемы обработки зрительной информации. Нервная система кубомедуз включает в себя нервное кольцо с 8 ганглиями (скоплениями нервных клеток), четыре из которых связаны с ропалиями, а другие четыре иннервируют щупальца. Каждый ропалий буквально «забит» нервными клетками и волокнами. Ученые с удивлением обнаружили, что удаление ропалиев приводит к полной остановке плавательных движений.
Оказалось, что командные мотонейроны, запускающие сокращения зонтика, идут из ропалий. Зрительная информация непосредственно передается на двигательные мотонейроны, минуя вставочные нейроны, поэтому зрительное раздражение может мгновенно запускать двигательную реакцию. Таким образом, анализ зрительной информации, который у высших животных происходит в центральной нервной системе (то есть в мозге), у кубомедуз вынесен на крайнюю периферию. Польза от такой организации нервной системы очевидна.
Источники:
1) Charlotta Skogh, Andreas Garm, Dan-E. Nilsson, Piter Ekström. Bilaterally symmetrical rhopalial nervous system of the box jellyfish Tripedalia cystophora // Journal of Morphology. 2006. Published Online: 27 Julу 2006. DOI: 10.1002/jmor.10472.
2) Dan-E. Nilsson, Lars Gislén, Melissa M. Coates, Charlotta Skogh, Andreas Garm. Advanced optics in a jellyfish eye // Nature. 2005. V. 435. P. 201-205.
3) Rüdiger Wehner. Brainless eyes // Nature. 2005. V. 435. P. 157-159.
4) Melissa M. Coates. Visual ecology and functional morphology of Cubozoa (Cnidaria) (полный текст) // Integrative and Comparative Biology. 2003. V. 43(4). P. 542-548.
5) R. H. H. Kröger, C. W. Campbell, R. Munger, R. D. Fernald. Refractive index distribution and spherical aberration in the crystalline lens of the African cihlid fish Haplochromis burtoni // Vision Research. 1994. V. 34. P. 1815-1822. Комментарии представителей сайтов-участников kak:
Замечательный факт: зрение у радиально-симметричных животных
Кубомедузы отличаются от всех остальных медуз активным охотничьим поведением и хорошо развитыми камерными глазами, сходными по строению с глазами позвоночных. Хрусталик камерного глаза обладает прекрасными оптическими свойствами и передает изображение практически без искажений. Однако выяснилось, что фокусное расстояние превышает расстояние до сетчатки, поэтому глаз не может видеть мелких деталей, а лишь крупные объекты. Тем не менее, похоже, кубомедузы успешно используют такое зрение для решения конкретных задач.
Кубомедузы известны тем, что среди них сравнительно много ядовитых видов (см. также «Опасные обитатели моря»), например так называемые морские осы (Chironex fleckeri). Они встречаются в основном на мелководье, около песчаных пляжей или в мангровых болотах в Америке, Австралии и Новой Зеландии. Но мало кто знает, что кубомедузы обладают прекрасно развитыми глазами, необычными для беспозвоночных животных. Из-за хорошо развитого зрения этих медуз недавно даже выделили из класса Сцифоидных (Scyphozoa), тип Кишечнополостные, в отдельный класс Cubozoa, поскольку остальные сцифоидные медузы таким зрением не обладают. Еще одно морфологическое отличие нового класса заключается в том, что форма зонтика кубомедуз имеет квадратную форму на поперечном срезе. Единственное исключение составляет Tripedalia cystophora, вид, про который и пойдет речь дальше.
На биологическом факультете Лундского университета в Швеции вот уже несколько лет исследуют зрение кубомедуз Tripedalia cystophora. Эта мелкая медуза (размер ее купола 10 мм) обитает на Ямайке и в Пуэрто-Рико, она активно плавает днем близко к поверхности воды меж мангровых корней. Ее легко разводить в лаборатории, и она хорошо живет и размножается в искусственных условиях. Tripedalia имеет нетипичную, округлую, форму купола, но при этом обладает вполне характерными для кубомедуз глазами, которые располагаются на специфических сенсорных выростах — так называемых ропалиях. Каждый ропалий имеет по 6 глаз: 4 простых глазка и два камерных глаза. Верхний и нижний камерные глаза имеют сходное строение и различаются только по размеру. Все главные компоненты типичного камерного глаза присутствуют: роговица, хрусталик, сетчатка, пигментный слой и диафрагма. Изменение интенсивности света приводит к изменению диафрагмы нижнего глаза, тогда как диафрагма верхнего глаза остается постоянной.
Используя особую методику измерений, исследователи Лундского университета изучили преломляющие свойства хрусталиков обоих глаз. Измерения проводили на изолированном хрусталике, помещенном в каплю морской воды под микроскопом. Коэффициент преломления в центре хрусталика независимо от его ориентации оказался равен 1,48, что сравнимо с коэффициентом преломления хрусталиков рыб (Kröger et al., 1994). Прослеживание хода лучей, проходящих через хрусталик, показало идеальные оптические свойства для обоих глаз. Таким образом, лучи, приходящие с самых разных направлений, должны хорошо фокусироваться на сетчатке кубомедузы, в результате чего должно формироваться прекрасное изображение без искажений.
Однако дальнейшие исследования свойств глаза Tripedalia дали неожиданные результаты. Когда в том же Лундском университете построили геометрическую модель глаза, чтобы понять, как изображение фокусируется на сетчатке, оказалось, что, с учетом известного уже коэффициента преломления хрусталика, изображение фокусируется не на сетчатке, а за ней. Таким образом, идеальные преломляющие свойства хрусталиков не используются из-за «неправильной» геометрии глаза.
Исследователи Лундского университета попытались интерпретировать эти результаты по-иному: глаз медузы работает как пространственный низкочастотный фильтр, то есть у глаз намеренно сбита фокусировка, чтобы не видеть мелких деталей. Такой глаз хорошо различает большие и неподвижные объекты, и не видит планктон и разную мелкую взвесь в воде. Если мы вспомним, что кубомедузы в основном обитают на мелководье в мангровых зарослях, то можно предположить, что такое зрение вполне может обеспечивать быстрое плавание и лавирование меж подводных корней и стеблей.
Есть и другая гипотеза, как может использоваться пространственный низкочастотный фильтр. Tripedalia охотится в основном на рачков-копепод. В солнечные дни копеподы образуют плотные скопления в вертикальных столбах света, которые формируются между корней мангровых зарослей. Медуза прекрасно видит световой луч и начинает быстро плавать взад и вперед, много раз пересекая этот луч света. Благодаря этой простой и эффективной стратегии охоты множество копепод захватываются щупальцами медузы. Для этого не требуется хорошо видеть мелкие объекты, но необходимо различать крупные.
Обсуждая оптические свойства глаза, мы совсем не касались проблемы обработки зрительной информации. Нервная система кубомедуз включает в себя нервное кольцо с 8 ганглиями (скоплениями нервных клеток), четыре из которых связаны с ропалиями, а другие четыре иннервируют щупальца. Каждый ропалий буквально «забит» нервными клетками и волокнами. Ученые с удивлением обнаружили, что удаление ропалиев приводит к полной остановке плавательных движений.
Оказалось, что командные мотонейроны, запускающие сокращения зонтика, идут из ропалий. Зрительная информация непосредственно передается на двигательные мотонейроны, минуя вставочные нейроны, поэтому зрительное раздражение может мгновенно запускать двигательную реакцию. Таким образом, анализ зрительной информации, который у высших животных происходит в центральной нервной системе (то есть в мозге), у кубомедуз вынесен на крайнюю периферию. Польза от такой организации нервной системы очевидна.
Источники:
1) Charlotta Skogh, Andreas Garm, Dan-E. Nilsson, Piter Ekström. Bilaterally symmetrical rhopalial nervous system of the box jellyfish Tripedalia cystophora // Journal of Morphology. 2006. Published Online: 27 Julу 2006. DOI: 10.1002/jmor.10472.
2) Dan-E. Nilsson, Lars Gislén, Melissa M. Coates, Charlotta Skogh, Andreas Garm. Advanced optics in a jellyfish eye // Nature. 2005. V. 435. P. 201-205.
3) Rüdiger Wehner. Brainless eyes // Nature. 2005. V. 435. P. 157-159.
4) Melissa M. Coates. Visual ecology and functional morphology of Cubozoa (Cnidaria) (полный текст) // Integrative and Comparative Biology. 2003. V. 43(4). P. 542-548.
5) R. H. H. Kröger, C. W. Campbell, R. Munger, R. D. Fernald. Refractive index distribution and spherical aberration in the crystalline lens of the African cihlid fish Haplochromis burtoni // Vision Research. 1994. V. 34. P. 1815-1822. Комментарии представителей сайтов-участников kak:
Замечательный факт: зрение у радиально-симметричных животных
Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :)
http://www.scorcher.ru/xml/news.rss
|