32. Глаз и зрение

Отдельные светочувствительные клетки есть у червей и кишечнополостных. У моллюсков кроме светочувствительных рецепторов глаз имеется простой оптический аппарат, преломляющий поток световых лучей и создающий четкое изображение. Исключение составляют головоногие моллюски (кальмары, осьминоги, каракатицы), у которых есть сложные глаза камерного типа как у позвоночных. У членистоногих сложные фасеточные глаза, состоящие из нескольких тысяч отдельных световоспринимающих образований (фасеток). Каждая фасетка или омматидий состоит из роговицы, хрусталика и нервных клеток, такой глаз не дает единого изображения, а создает мозаику из сотен и тысяч изображений, создаваемых каждой фасеткой. Устройство и принцип действия глаз позвоночных и человека в целом довольно схожи.

У человека Глазное яблоко заключено в плотную белую непрозрачную оболочку 1-1, называемую склерой. Через заднюю стенку склеры проходит зрительный нерв 2 и кровеносные сосуды. Передняя часть склеры переходит в прозрачную роговую оболочку (роговицу) 3, более выпуклую, чем склера. За роговицей следуют передняя глазная камера 4, хрусталик 5, задняя глазная камера 6. Эти части вместе с роговицей составляют оптическую систему глаза, дающую при преломлении лучей оптические изображения предметов. Передняя глазная камера заполнена прозрачной жидкостью, называемой водянистой влагой, задняя – студенистым веществом, называемым стекловидным телом. Внутренняя поверхность склеры покрыта сосудистой оболочкой, содержащей разветвления кровеносных сосудов, питающих глаз. Спереди она переходит в утолщенную часть, содержащую кольцевидную ресничную мышцу 7-7, и далее в радужную оболочку 8-8, по-разному окрашенную у разных людей. Посередине радужной оболочки имеется круглое отверстие, называемое зрачком глаза, которое выполняет роль диафрагмы. В зависимости от освещенности зрачок может рефлекторно сужаться и расширяться посредством мышцы 7-7, с которой связана радужная оболочка. Диаметр его может меняться от 2 до 8 мм. Этим ограничиваются поперечные размеры пучков света, поступающих в глаз: при резком увеличении освещенности зрачок почти мгновенно сужается, а при уменьшении освещенности до прежнего уровня зрачок вновь расширяется. К сосудистой оболочке в задней части, называемой дном глаза, прилегает светочувствительная сетчатая оболочка или сетчатка, она состоит из нескольких слоев нервных клеток различного типа и назначения. В последнем слое находятся светочувствительные рецепторные клетки – палочки и колбочки. В них свет вызывает первичные раздражения, превращающиеся в электрические импульсы, которые по волокнам зрительного нерва передаются в кору головного мозга. Периферия сетчатки заполнена почти исключительно палочками, а по мере приближения к желтому пятну растет число колбочек, так, что в центральной части желтого пятна одни только колбочки, палочек нет. Также есть слепое пятно, где нет ни палочек, ни колбочек. Палочки обладают значительно большей чувствительностью к свету, чем колбочки. Ночью и в сумерки (при освещенности меньше 0,01 лк) зрительное ощущение вызывается за счет раздражения одних только палочек. Зато колбочки способны различать цвета (обладают спектральной чувствительностью), а палочки этой способностью не обладают. Палочковое зрение хорошо развито у животных, ведущих ночной образ жизни, например, у сов. Колбочки хорошо функционируют при дневном свете, их много у животных дневного образа жизни, например, у кур.

Оптическая система глаза дает изображение предметов на сетчатке, где оно вызывает зрительные раздражения, передаваемые в мозг по нервным волокнам. Хрусталик 5 представляет собой прозрачное бесцветное тело, напоминающее двояковыпуклую линзу, передняя поверхность которой менее выпукла, чем задняя. Он состоит из слоев различной плотности, имеющих волокнистое строение. Наружный слой мягкий и почти студенистый, ядро более твердое и вполне упругое. Мышца 7-7, рефлекторно напрягаясь и расслабляясь, может менять кривизну его поверхностей, а, значит, и фокусное расстояние хрусталика. Этим осуществляется аккомодация, то есть изменение оптической силы глаза, позволяющее фокусировать изображение на сетчатке. Так как деформация хрусталика может происходить только в определенных пределах, то для каждой особи существуют определенные границы, в пределах которых он может различать предметы. Наиболее отдаленная граница, которую глаз может видеть отчетливо при полностью расслабленной мышце 7-7, называется дальней границей, а ближайшая граница, которую он способен отчетливо видеть при максимальном напряжении мышцы, – ближней точкой ясного видения. В ненапряженном состоянии фокусное расстояние хрусталика максимальное, и глаз аккомодирован на рассмотрение бесконечно удаленных предметов, то есть он собирает параллельные лучи в точке сетчатки. В максимально напряженном состоянии фокусное расстояние хрусталика минимальное, и глаз аккомодирован на рассмотрение близких предметов. Ближняя точка ясного видения с возрастом «удаляется от глаз». Приближая предмет к глазу, мы увеличиваем угол зрения, а с ним и размеры изображения на сетчатке. Это позволяет рассмотреть более мелкие детали (до 70 мкм). Однако при максимально возможном приближении усиливается напряжение мышцы 7-7, деформирующей хрусталик. Работа глаза становится утомительной. В случае нормального глаза оптимальное расстояние для чтения и письма составляет около 25 см. Это расстояние условно принимается за расстояние наилучшего зрения. Наиболее распространенными дефектами глаза являются близорукость и дальнозоркость. У близорукого глаза в ненапряженном состоянии параллельные лучи сходятся перед, а у дальнозоркого за сетчаткой. Эти дефекты исправляются посредством очков с рассеивающими (при близорукости) или собирающими (при дальнозоркости) линзами. Ультрафиолетовое излучение химически разлагает органические вещества и может убивать микроорганизмы и клетки. Особенно вредно попадание ультрафиолетовых лучей на сетчатку. Такие лучи поглощаются внутри глаза, особенно в роговице и хрусталике, и лишь ничтожная их доля доходит до сетчатки. Под действием света светочувствительное вещество сетчатки разлагается, что снижает чувствительность глаза. В темноте это вещество восстанавливается, и чувствительность сильно возрастает. В этих условиях глаз реагирует на чрезвычайно малую световую мощность: может увидеть горящую свечу на расстоянии 100 км в совершенно прозрачном воздухе.

Интересно отметить, что глаза пчел весьма чувствительны к ультрафиолетовому свету, но совершенно не воспринимают красного. Именно поэтому они не посещают и не опыляют красных цветов за исключением цветов красного мака, которые хорошо отражают ультрафиолетовые лучи солнца и кажутся пчелам ультрафиолетовыми. Вообще говоря, у многих насекомых, в том числе у большинства вредителей, максимум чувствительности зрения лежит в ультрафиолетовой части спектра. В связи с этим разработан и в последнее время успешно применяется на практике в сельском и лесном хозяйстве новый способ борьбы с насекомыми-вредителями – ультрафиолетовая ловушка, где приманкой служит ультрафиолетовый свет ртутной кварцевой лампы. Напротив, глаза почти всех птиц обладают особенно высокой чувствительностью к красному свету. Лошади, овцы и свиньи различают лишь красный и зеленый цвета. То есть спектральные диапазоны светового восприятия глаз человека и животных, как правило, разные.