Фасеточные глаза

Фасеточный глаз стрекозы

Фасе́точные глаза́(от франц. facette — грань) — сложные глаза, основной парный орган зрения насекомых, ракообразных и некоторых других беспозвоночных; образованы особыми структурными единицами — омматидиями, роговичная линза которых имеет вид выпуклого шестигранника — фасетки.

Фасеточные глаза насекомых неподвижны, расположены по бокам головы и могут занимать почти всю её поверхность (у стрекоз, мух, пчёл). Фасеточные глаза расположены на капсуле головы в глубоких впячиваниях кутикулы, называемыми глазными капсулами. Кольцо из кутикулы, охватывающее глаз извне, удерживает его на головной капсуле. У ракообразных иногда сидят на подвижных выростах. Наиболее изучены фасеточные глаза взрослых насекомых и их личинок с неполным превращением, у которых они сложены сотнями и даже тысячами омматидиев.

Глаза различных видов насекомых состоят из различного числа омматидиев: у рабочего муравья — около 100, у комнатной мухи — около 4000, у рабочей пчелы — 5000, у бабочек — до 17 000, у стрекоз — до 30 000.

Типы фасеточных глаз

Файл:Compound eye1.jpg

Схема строения апозиционного фасеточного глаза: 1 — роговичные фасетки; 2 — светопреломляющий аппарат; 3 — пигментные клетки; 4 — зрительные клетки; 5 — светочувствительный элемент омматидия; 6 — аксоны зрительных клеток, идущие в оптические ганглии; 7 — покровы головы; 8 — глазная капсула.

В зависимости от анатомических особенностей омматидиев и их оптических свойств различают 3 типа фасеточных глаз: апозиционные (фотопические), оптикосуперпозиционные и нейросуперпозиционные (называемые в совокупности скотопическими). У некоторых насекомых (богомолы, подёнки) одна часть глаза может быть построена по аппозиционному типу, а другая — по суперпозиционному.

В фасеточных глазах всех типов собственно светочувствительным элементом служат рабдомеры зрительных клеток, содержащие фотопигмент (обычно подобный родопсину). Поглощение фотопигментом квантов света — первое звено в цепи процессов, в результате которых зрительная клетка генерирует нервный сигнал.

Апозиционные (фотопические) фасеточные глаза

В апозиционных фасеточных глазах, свойственных обычно дневным насекомым, смежные омматидии постоянно изолированы друг от друга непрозрачным пигментом и рецепторы воспринимают только свет, направление которого совпадает с осью данного омматидия.

Оптикосуперпозиционные фасеточные глаза

В оптикосуперпозиционных фасеточных глазах, характерных для ночных и сумеречных насекомых и многих ракообразных, изоляция омматидиев переменная (вследствие способности пигмента перемещаться), и при недостатке света происходит наложение (суперпозиция) падающих под косым углом лучей, прошедших не сквозь одну, а сквозь несколько фасеток. Таким образом, при слабом освещении увеличивается чувствительность глаза.

Нейросуперпозиционные фасеточные глаза

Для нейросуперпозиционных фасеточных глаз характерна суммация сигналов от зрительных клеток, находящихся в разных омматидиях, но получающих свет из одной и той же точки пространства.

Разрешающая способность и цветовое восприятие

Схема возникновения сетчатого изображения в аппозиционных (а), оптикосуперпозиционных (б) и нейросуперпозиционных (в) фасеточных глазах: 1 — отдельные омматидии с единым или разобщённым светочувствительным элементом, сложенным рабдомерами; 2 — аксоны зрительных клеток. Заштрихованы те светочувствительные элементы, на которые попадают параллельно идущие лучи света (показаны стрелками).

Нервная проекция сетчатки на оптические ганглии мозга и, отчасти, особенности оптики фасеточных глаз таковы, что они обеспечивают анализ внешнего мира с точностью до линзового растра омматидиев, а не отдельных зрительных клеток. Низкая угловая плотность омматидиев (их оптические оси расходятся под углами 1—6°) препятствует получению изображения объекта на относительно близком расстоянии (принцип работы телеобъентива), но дают возможность различать мелкие детали на достаточном расстоянии для оценки и запоминания обстановки. Например, пчёлы, стрекозы и др., обладая строением фасеточной зретильной системы (растровое) в виде двух «полусфер», обеспечивают стереоскопическое зрение в допустом поле зрения и практически общее зрение в поле сферы! без повора головы. (Данная система зрения представляет большой интерес в науке, в военном деле, медицине и др. областях). Малая инерционность в сочетании с высокой контрастной чувствительностью (1—5 %) фасеточных глаз позволяет некоторым насекомым различать мелькания (мигания) света с частотой вплоть до 250—300 Гц (для человека предельная частота около 50 Гц). Фасеточные глаза обеспечивают многим беспозвоночным цветовое зрение с восприятием ультрафиолетовых лучей, а также анализ направления плоскости линейно-поляризованного света.

Использование строения фасеточных глаз в науке

Бронхоскоп Видео

Исследователи пытались копировать систему фасеточного зрения, когда направленные в разные стороны несколько сегментов глаза с небольшим разрешением, но с полем зрения практически сферическом, образуют в мозгу насекомого цельную картинку обстановки вркруг себя без поворота головы. При этом уникалность такой биологической зрительной системы состоит в том, что она обеспечивает припосабливаемость обитателей к внешней среде сосуществования при самом рациональном механизме построения. (Вообще, чем больше и ближе мы приближаемся к природе, познаём её, тем точнее нам удаётся создавать необходимые для себя открытия. При этом нельзя упрощать всё, что создано природой). До сих пор подобные системы были слишком велики из-за большого числа линз. В иных случаях для расширения угла обзора используются громоздкие линзы типа «рыбий глаз», специальный механизм для поворота объектива или поворотные зеркала, как в оптических устройствах для эндоскопии.

Инженерам из британской обороны удалось создать компактное решение с фасеточным зрением. В новой камере используется всего 9 линз, соединенных со стационарным сенсором изображения с помощью миллионов оптических волокон. Каждая из линз направляет полученное изображение на свой участок фотосенсора. Для склеивания фрагментов изображения в единую картину используется специальная программная система.

Новая камера, изначально предназначенная для систем наведения в боевых ракетах, имеет размер не больше кусочка растворимого сахара. По мнению разработчиков, подобные камеры могут найти широкое применение в микрохирургии, так как нынешние камеры с поворотными зеркалами подвержены частым отказaм из-за большого числа движущихся частей. Кроме того, новая фасеточная система компании BAE Systems может существенно расширить возможности обычных камер видеонаблюдения.

Эксперты по зрению насекомых отмечают, что фасеточная система, используемая в новых камерах, потенциально повышает устойчивость решения к отказам и повреждениям (даже если одна линза будет повреждена, остальные могут взять на себя часть ее функций).

См. также

• Оптическая система
• Оптические устройства
• Стереоскопия