SuperChe77

Представьте: если бы эволюция была инженером-рационализатором, она бы один раз изобрела идеальный глаз — и раздала бы его всем. Один чертёж на всех. Но этого не случилось. Вместо этого на Земле существует минимум восемь-десять принципиально разных конструкций глаз, которые появлялись независимо друг от друга десятки раз. И это не случайность. Это одна из самых захватывающих загадок эволюционной биологии.

Почему вообще не один тип глаза?

Ответ до банальности прост и одновременно поразителен: глаз — это не орган, это решение конкретной задачи выживания. У креветки-богомола задача — засечь добычу на скорости удара, который сравним с выстрелом из пистолета. У глубоководной рыбы задача — увидеть хоть что-то в кромешной тьме на глубине километра. У орла задача — разглядеть мышь с высоты в километр. У мухи задача — заметить приближающуюся мухобойку за доли секунды.

Одна "универсальная" конструкция не может одинаково хорошо решать все эти задачи. Природа не проектирует заранее — она перебирает варианты методом проб и ошибок на протяжении сотен миллионов лет, и побеждает то, что работает здесь и сейчас для конкретного вида в конкретной среде.

Глаз изобретался заново минимум 40-60 раз

Вот факт, который взрывает мозг: по расчётам эволюционного биолога Дэна-Эрика Нильссона, светочувствительные органы независимо возникали в ходе эволюции не менее 40, а по некоторым оценкам — до 65-96 раз. Это называется конвергентной эволюцией — когда совершенно не родственные друг другу линии организмов приходят к похожим решениям, потому что законы физики и оптики одни для всех.

Самый яркий пример — глаз осьминога и глаз человека. Мы разошлись с общим предком осьминога примерно 500-600 миллионов лет назад — тогда у него точно не было ничего похожего на глаз. Но независимо друг от друга и человек, и осьминог "изобрели" камерный глаз с линзой, сетчаткой и радужкой. При этом устроены они по-разному — у осьминога сетчатка не вывернута наизнанку, как у нас (об этом ниже), поэтому у него нет слепого пятна. Природа дважды решила одну задачу — и один раз сделала это даже лучше.

Пять главных "моделей" глаз в природе

1. Камерный глаз (как у нас с вами)

Работает по принципу фотоаппарата: свет проходит через роговицу и хрусталик, фокусируется и попадает на сетчатку. Такой глаз есть у всех позвоночных, у осьминогов, кальмаров и некоторых пауков.

Забавный факт: человеческий глаз устроен, мягко говоря, не идеально. Сетчатка у нас "вывернута наизнанку" — светочувствительные клетки смотрят не на свет, а от него, а нервы и кровеносные сосуды идут поверх них, закрывая часть обзора. Именно поэтому у нас есть слепое пятно — там, где зрительный нерв выходит из глаза. У осьминога сетчатка устроена правильно, и слепого пятна у него нет вообще.

2. Фасеточный глаз (насекомые, ракообразные)

Состоит из тысяч крошечных отдельных "глазков" — омматидиев. У стрекозы их может быть до 30 000 в каждом глазу. Такой глаз даёт почти круговой обзор и невероятную скорость реакции на движение — именно поэтому муху так сложно прихлопнуть: она в буквальном смысле видит вашу руку "в замедленной съёмке" благодаря высокой частоте обновления картинки.

Зато с детализацией у фасеточного глаза плохо — насекомое видит мир как крупную мозаику из пикселей, а не чёткую картинку.

3. Глаз-пинхол ("камера-обскура")

Есть у наутилуса — древнего головоногого моллюска. У него нет хрусталика вообще, только крошечное отверстие, через которое свет проецируется на сетчатку, как в самодельной камере-обскуре. Изображение размытое и тусклое, зато глаз почти невозможно "испортить" — нечему ломаться.

4. Зеркальный глаз

У гребешков (да, тех самых морских моллюсков, которых едят с лимоном) на краю раковины расположены десятки крошечных глаз, которые фокусируют изображение не с помощью линзы, а с помощью вогнутого зеркала внутри глаза, как в телескопе-рефлекторе. Учёные обнаружили это только в 2017 году, и это стало сенсацией — природа изобрела телескоп задолго до человека.

5. Глаз с четырьмя типами цветовых рецепторов и больше

У человека три типа колбочек (красный, зелёный, синий), поэтому мы различаем около миллиона оттенков. А теперь держитесь: у креветки-богомола (раки-щелкуны) — до 16 типов фоторецепторов. Казалось бы, она должна видеть цвета, которые нам и не снились, в невероятном богатстве. Но исследования 2014 года из Квинслендского университета показали неожиданное — эти креветки на самом деле хуже нас различают близкие оттенки. Зато они видят ультрафиолет, поляризованный свет и обрабатывают цвет почти мгновенно, без сложной "постобработки" в мозге, — это даёт скорость реакции, а не точность.

Примеры, которые взрывают привычную картину мира

Козы и осьминоги — зрачок-полоска. У коз, овец и осьминогов зрачок не круглый, а горизонтальная прямоугольная щель. Исследование 2015 года (Уильям Спирс Бэнкс, UC Berkeley) показало: такая форма зрачка даёт травоядным почти 360-градусный панорамный обзор горизонта — чтобы вовремя заметить хищника с любой стороны, — и одновременно позволяет чётко видеть линию земли при беге, даже когда голова опущена вниз к траве.

Кошки и крокодилы — вертикальная щель. У ночных хищников из засады, наоборот, зрачок вертикальный. Такая форма позволяет резче регулировать количество света (диафрагма может меняться сильнее, чем круглая) и лучше оценивать расстояние до добычи по горизонтали.

Глубоководные рыбы — гигантские глаза-телескопы. У рыбы-гиперии (Hyperiidae) и некоторых удильщиков глаза занимают чуть ли не половину головы и направлены строго вверх — они ловят последние крохи солнечного света, просачивающегося на глубину 1000 метров, где для человека царит абсолютная темнота.

Стрелка-бомбардир и стрекозы — обзор на 360 градусов. Фасеточные глаза стрекозы дают почти полную сферу обзора, поэтому подкрасться к ней незаметно практически невозможно.

Глубоководные креветки Rimicaris — глаза на спине. У креветок, живущих у гидротермальных источников на дне океана, куда никогда не проникает солнечный свет, глаза сместились со лба на спину и превратились в примитивные светочувствительные пятна, улавливающие слабое инфракрасное свечение раскалённой магмы, а не обычный свет.

Пауки-скакунчики — восемь глаз, четыре из которых работают как телеобъектив. У них есть основная пара огромных глаз с невероятным для такого размера тела разрешением — они умеют распознавать движения человека с расстояния нескольких метров, и ещё три пары "дополнительных" глаз для бокового обзора и обнаружения движения.

Так почему же природа не остановилась на одном варианте?

Три главные причины, если собрать всё воедино:

Среда обитания диктует конструкцию. Свет ведёт себя по-разному в воздухе, в мутной воде, на глубине без света вообще. Один и тот же орган не может одинаково хорошо работать во всех этих условиях.

Эволюция не проектирует "с нуля" — она чинит то, что уже есть. Каждый вид унаследовал определённую стартовую точку (светочувствительное пятно у общего предка) и с этого момента "допиливал" её под свои нужды миллионами мелких случайных изменений. Отсюда — колоссальное разнообразие итоговых решений даже при похожих задачах.

Компромисс между скоростью, точностью и энергозатратами. Идеального глаза не существует в принципе — острота зрения, скорость реакции, цветовосприятие и работа в темноте требуют разных, зачастую взаимоисключающих конструктивных решений. Орёл жертвует боковым зрением ради феноменальной остроты в центре. Муха жертвует детализацией ради скорости. Кальмар — гигант среди беспозвоночных по размеру глаза (у гигантского кальмара глаз может достигать 27 см в диаметре!) — жертвует всем остальным телом ради возможности разглядеть кашалота в темноте раньше, чем тот заметит его.

Главный вывод

Разница в устройстве глаз — это не хаос и не недоработка природы. Это миллионы лет точнейшей "настройки под задачу", где каждый вид получил именно тот инструмент зрения, который был нужен именно ему для выживания именно в его нише. Наши глаза кажутся нам "нормой" только потому, что мы ими смотрим. Для стрекозы, гребешка или креветки-богомола наш скромный трёхцветный камерный глаз со слепым пятном показался бы примитивной поделкой.

Природа не искала идеал. Она искала то, что работает. И, судя по разнообразию решений, которое мы наблюдаем вокруг — от глубоководных телескопов до зеркальных глаз гребешка, — рабочих вариантов оказалось значительно больше одного.

Взято тут