Почему у животных зрачки разной формы?

У одних существ зрач­ки круг­лые, у дру­гих вытя­ну­ты вер­ти­каль­но, как мяч для рег­би, а у мно­гих — узкие щелоч­ки. При­ня­то счи­тать, что вер­ти­каль­ные щеле­вид­ные зрач­ки воз­ник­ли как адап­та­ция к ноч­но­му обра­зу жиз­ни, посколь­ку поз­во­ля­ют защи­тить чув­стви­тель­ную сет­чат­ку от сле­пя­ще­го днев­но­го све­та. Круг­лые зрач­ки сжи­ма­ют коль­це­вые мыш­цы, а щеле­вид­ный снаб­жен дву­мя допол­ни­тель­ны­ми мыш­ца­ми, стя­ги­ва­ю­щи­ми отвер­стие в попе­реч­ном направ­ле­нии, бла­го­да­ря чему щеле­вид­ный зра­чок мож­но сузить силь­нее, чем круг­лый. Домаш­няя кош­ка и гек­кон, живот­ные с вер­ти­каль­ны­ми зрач­ка­ми, могут изме­нить их пло­щадь в 135 и 300 раз соот­вет­ствен­но, а чело­век — толь­ко в 15.

Спе­ци­а­ли­сты Сид­ней­ско­го уни­вер­си­те­та усо­мни­лись в обще­при­ня­той гипо­те­зе [1]. По их мне­нию, хоро­шо сжи­ма­е­мый зра­чок поле­зен ско­рее не ноч­ным живот­ным, а поли­фаз­ным, то есть актив­ным и ночью и днем. Кро­ме того, для хоро­ше­го ноч­но­го виде­ния важен не столь­ко про­свет зрач­ка, сколь­ко неко­то­рые мор­фо­ло­ги­че­ские осо­бен­но­сти гла­за и стро­е­ние сет­чат­ки. У ноч­ных живот­ных она состо­ит в основ­ном из чув­стви­тель­ных пало­чек, поз­во­ля­ю­щих видеть при низ­кой осве­щен­но­сти, а у днев­ных живот­ных — из кол­бо­чек, обес­пе­чи­ва­ю­щих цвет­ное зре­ние при ярком све­те. Уче­ные пред­по­ло­жи­ли, что эво­лю­ции вер­ти­каль­ной фор­мы зрач­ка спо­соб­ство­ва­ли поли­фаз­ная актив­ность и охо­та из заса­ды.

В поль­зу охо­ты у иссле­до­ва­те­лей было два аргу­мен­та. Узкие вер­ти­каль­ные зрач­ки днем про­еци­ру­ют на сет­чат­ку более рез­кое изоб­ра­же­ние гори­зон­таль­ных линий, чем круг­лые, а для живот­ных, ожи­да­ю­щих в заса­де, очень важ­но отсле­жи­вать дви­же­ния в этой плос­ко­сти. Так­же вер­ти­каль­ная щель зрач­ка мас­ки­ру­ет глаз, зри­тель­но раз­би­вая его круг­лую фор­му, и выпол­ня­ет роль каму­фля­жа, что полез­но боль­шин­ству хищ­ни­ков.

Свои пред­по­ло­же­ния иссле­до­ва­те­ли про­ве­ри­ли на 127 видах австра­лий­ских змей. Они изу­чи­ли фото­гра­фии реп­ти­лий, музей­ные образ­цы и опи­са­ния обра­за жиз­ни и соот­нес­ли фор­му зрач­ков со спо­со­бом охо­ты и вре­ме­нем суточ­ной актив­но­сти живот­ных.

Ока­за­лось, что боль­шин­ство австра­лий­ских змей с вер­ти­каль­ны­ми зрач­ка­ми охо­тят­ся из заса­ды по ночам, а змеи с круг­лы­ми зрач­ка­ми ведут днев­ной образ жиз­ни и актив­но ищут добы­чу. При этом спо­соб охо­ты вли­я­ет на фор­му зме­и­ных зрач­ков в боль­шей сте­пе­ни, чем вре­мя актив­но­сти, посколь­ку мно­гие актив­но охо­тя­щи­е­ся круг­лозрач­ко­вые змеи не ведут днев­но­го обра­за жиз­ни, как мож­но было бы ожи­дать.

Посколь­ку вер­ти­каль­ные зрач­ки поз­во­ля­ют более чет­ко видеть в широ­ком диа­па­зоне осве­щен­но­сти, иссле­до­ва­те­ли пред­по­ло­жи­ли, что они встре­ча­ют­ся пре­иму­ще­ствен­но у поли­фаз­ных видов, одна­ко это — при­спо­соб­ле­ние ноч­ных змей. Воз­мож­но, ноч­ным реп­ти­ли­ям при­хо­дит­ся ино­гда и днем бодр­ство­вать. Кро­ме того, вре­мя актив­но­сти змей мог­ли опре­де­лить непра­виль­но: для это­го их нуж­но сна­ча­ла отыс­кать, когда они лежат в заса­де, что непро­сто.

Австра­лий­ские уче­ные допу­сти­ли, что обна­ру­жен­ные ими зако­но­мер­но­сти спра­вед­ли­вы не толь­ко для змей, и при­зва­ли кол­лег про­дол­жить иссле­до­ва­ния зре­ния позво­ноч­ных. Эста­фе­ту при­ня­ли спе­ци­а­ли­сты Дарем­ско­го уни­вер­си­те­та (Англия) и Кали­фор­ний­ско­го уни­вер­си­те­та в Берк­ли (США). В ста­тье с абсо­лют­но кип­лин­гов­ским назва­ни­ем «Поче­му у живот­ных зрач­ки раз­ной фор­мы» они преж­де все­го опро­верг­ли дан­ные австра­лий­цев о том, что вер­ти­каль­ный зра­чок уве­ли­чи­ва­ет глу­би­ну рез­ко­сти гори­зон­таль­ных линий. На самом деле глу­би­на рез­ко­сти в этом слу­чае выше для вер­ти­каль­ных линий. Но даже не будь этой ошиб­ки, гипо­те­за австра­лий­ских иссле­до­ва­те­лей не объ­яс­ня­ет, поче­му у одних живот­ных щеле­вид­ные зрач­ки вер­ти­каль­ные, а у дру­гих — гори­зон­таль­ные. Оче­вид­но, их ори­ен­та­ция так­же важ­на для каких-то неиз­вест­ных целей.

Что­бы выяс­нить, для каких имен­но, иссле­до­ва­те­ли про­ана­ли­зи­ро­ва­ли све­де­ния о фор­ме зрач­ка, суточ­ной актив­но­сти и спо­со­бе пита­ния 214 видов живот­ных: австра­лий­ских змей, опи­сан­ных в преды­ду­щем иссле­до­ва­нии, пред­ста­ви­те­лей семейств коша­чьих и псо­вых, гиен, вивер­ро­вых, пар­но­ко­пыт­ных и непар­но­ко­пыт­ных. Они обна­ру­жи­ли досто­вер­ную связь меж­ду фор­мой зрач­ка и эко­ло­ги­че­ской нишей живот­ных (рис. 1). Гори­зон­таль­ные зрач­ки почти все­гда при­над­ле­жат тра­во­яд­ным паст­бищ­ным живот­ным, таким как овцы и козы, у кото­рых гла­за рас­по­ло­же­ны по бокам голо­вы. У поли­фаз­ных хищ­ни­ков, пре­сле­ду­ю­щих жерт­ву, зрач­ки круг­лые. Живот­ные с вер­ти­каль­но вытя­ну­ты­ми зрач­ка­ми, как пра­ви­ло, охо­тят­ся из заса­ды, и гла­за у них рас­по­ло­же­ны фрон­таль­но.

Рис. 1. Форма зрачков соответствует времени суточной активности и способу питания (Banks et al., 2015)

Рис. 1. Фор­ма зрач­ков соот­вет­ству­ет вре­ме­ни суточ­ной актив­но­сти и спо­со­бу пита­ния (Banks et al., 2015)

У домаш­них кошек, устра­и­ва­ю­щих заса­ду на мышей, зрач­ки вер­ти­каль­ные, у коша­чьих, кото­рые актив­но охо­тят­ся, — круг­лые. Вер­ти­каль­ные зрач­ки у лиси­цы, кото­рая под­кра­ды­ва­ет­ся к добы­че, но круг­лые — у вол­ка, заго­ня­ю­ще­го жерт­ву. Зако­но­мер­но­сти, обна­ру­жен­ные уче­ны­ми, поз­во­ля­ют на осно­ва­нии обра­за жиз­ни живот­но­го пред­ска­зы­вать фор­му его зрач­ков.

Оче­вид­но, пре­иму­ще­ства вер­ти­каль­ной или гори­зон­таль­ной ори­ен­та­ции щеле­вид­ных зрач­ков свя­за­ны с эко­ло­ги­че­ской нишей, кото­рую зани­ма­ет живот­ное. Иссле­до­ва­те­ли раз­ра­бо­та­ли ком­пью­тер­ную модель глаз, ими­ти­ру­ю­щую появ­ле­ние изоб­ра­же­ния при раз­ной фор­ме зрач­ков.

Рис. 2. Фотография сделана камерой с вертикальной щелевидной апертурой, сфокусирована на игрушечной птичке, так что ближние и дальние объекты размыты, но вертикальные линии видны более четко, чем горизонтальные (Banks et al., 2015)

Рис. 2. Фото­гра­фия сде­ла­на каме­рой с вер­ти­каль­ной щеле­вид­ной апер­ту­рой, сфо­ку­си­ро­ва­на
на игру­шеч­ной птич­ке, так что
ближ­ние и даль­ние объ­ек­ты раз­мы­ты, но вер­ти­каль­ные линии вид­ны более чет­ко, чем гори­зон­таль­ные (Banks et al., 2015)

Если смот­реть на мир сквозь вер­ти­каль­ную щель, вер­ти­каль­ные линии выгля­дят более рез­ки­ми, чем гори­зон­таль­ные (рис. 2). Засад­ным хищ­ни­кам с гла­за­ми, рас­по­ло­жен­ны­ми фрон­таль­но, про­ще оце­нить рас­сто­я­ние до жерт­вы и ее гори­зон­таль­ное сме­ще­ние, то есть дви­же­ние, имен­но по вер­ти­каль­ным лини­ям. Рас­че­ты пока­за­ли, что уве­ли­че­ние рез­ко­сти вер­ти­каль­ных объ­ек­тов, нахо­дя­щих­ся на зем­ле, про­яв­ля­ет­ся лишь в том слу­чае, когда гла­за близ­ко к поверх­но­сти, поэто­му вер­ти­каль­ны­ми щел­ка­ми име­ет смысл обза­во­дить­ся невы­со­ким живот­ным. И дей­стви­тель­но, из 65 про­ана­ли­зи­ро­ван­ных видов засад­ных хищ­ни­ков с фрон­таль­но рас­по­ло­жен­ны­ми гла­за­ми 44 име­ют вер­ти­каль­ные зрач­ки, из них 36 видов (авто­ры под­счи­та­ли, что это 82%) ниже 42 см в пле­че. Сре­ди 19 засад­ных хищ­ни­ков с круг­лы­ми зрач­ка­ми таких низ­ких толь­ко три вида (17%).

У тра­во­яд­ных свои про­бле­мы. Они долж­ны кон­тро­ли­ро­вать окрест­но­сти, вовре­мя заме­тить хищ­ни­ка и, если что, убе­жать. Их гла­за рас­по­ло­же­ны по бокам голо­вы, бла­го­да­ря чему живот­ные име­ют широ­кий пано­рам­ный обзор и вовре­мя заме­ча­ют опас­ность. Кро­ме того, впе­ре­ди у них узкая поло­са бино­ку­ляр­но­го зре­ния, поэто­му они хоро­шо видят доро­гу, когда спа­са­ют­ся от хищ­ни­ка по пере­се­чен­ной мест­но­сти. Но бежит живот­ное или осмат­ри­ва­ет­ся, его основ­ное вни­ма­ние обра­ще­но на зем­лю.

Гори­зон­таль­ные зрач­ки уве­ли­чи­ва­ют коли­че­ство све­та, посту­па­ю­ще­го спе­ре­ди и с боков, но сокра­ща­ют его коли­че­ство свер­ху и сни­зу. Эта осо­бен­ность спо­соб­ству­ет пано­рам­но­му обзо­ру и помо­га­ет заме­тить потен­ци­аль­но­го хищ­ни­ка, кра­ду­ще­го­ся по зем­ле. Гори­зон­таль­ные зрач­ки так­же повы­ша­ют каче­ство изоб­ра­же­ния гори­зон­таль­ных пла­нов, что улуч­ша­ет зре­ние на уровне зем­ли и созда­ет пре­иму­ще­ство при быст­ром беге.

Одна­ко тра­во­яд­ные не толь­ко огля­ды­ва­ют окрест­но­сти, но и пасут­ся, посто­ян­но накло­ня­ясь к зем­ле. Не теря­ют ли они при этом пре­иму­ще­ства, кото­рые дает им гори­зон­таль­ный зра­чок? Ока­зы­ва­ет­ся, нет. Когда живот­ные накло­ня­ют­ся, их гла­за пово­ра­чи­ва­ют­ся так, что зрач­ки сохра­ня­ют гори­зон­таль­ную ори­ен­та­цию, при любом поло­же­нии голо­вы они парал­лель­ны зем­ле. Что­бы выяс­нить, как воз­ни­ка­ли зрач­ки опре­де­лен­ной фор­мы в про­цес­се эво­лю­ции, уче­ные про­ана­ли­зи­ро­ва­ли фило­ге­не­ти­че­ские дре­ва несколь­ких семейств. У змей семей­ства аспи­до­вых вер­ти­каль­ные щеле­вид­ные зрач­ки воз­ни­ка­ли неза­ви­си­мо по край­ней мере два­жды.

Пре­док коша­чьих был ноч­ным или поли­фаз­ным засад­ным хищ­ни­ком с вер­ти­каль­ны­ми щеле­вид­ны­ми зрач­ка­ми. В про­цес­се эво­лю­ции у видов семей­ства от двух до четы­рех раз неза­ви­си­мо воз­ни­ка­ли вер­ти­каль­но вытя­ну­тые зрач­ки и шесть раз — круг­лые. Фор­ма зрач­ков у коша­чьих кор­ре­ли­ру­ет глав­ным обра­зом с суточ­ной актив­но­стью и в гораз­до мень­шей сте­пе­ни — с типом охо­ты, одна­ко и раз­но­об­ра­зие стра­те­гий пита­ния в этом семей­стве неве­ли­ко.

Общий пре­док псо­вых имел вер­ти­каль­но вытя­ну­тые зрач­ки и охо­тил­ся из заса­ды. Щеле­вид­ные и круг­лые зрач­ки в ходе эво­лю­ции появ­ля­лись два­жды, их фор­ма зави­сит и от вре­ме­ни актив­но­сти, и от спо­со­ба охо­ты. Таким обра­зом, фор­ма зрач­ка неза­ви­си­мо изме­ня­лась несколь­ко раз в соот­вет­ствии с эко­ло­ги­че­ской нишей, кото­рую зани­мал вид, а не пото­му, что живот­ные с раз­ной фор­мой зрач­ков ведут род от раз­ных пред­ков.

Иссле­до­ва­те­ли при­зна­ют, что не всем фено­ме­нам они нашли объ­яс­не­ние. Напри­мер, у хищ­ных ман­гу­стов с фрон­таль­но рас­по­ло­жен­ны­ми гла­за­ми гори­зон­таль­ные зрач­ки; у гек­ко­нов гро­мад­ные круг­лые зрач­ки, кото­рые, сжи­ма­ясь, пре­вра­ща­ют­ся в вер­ти­каль­ные щелоч­ки с несколь­ки­ми малень­ки­ми круг­лы­ми отвер­сти­я­ми; у кара­ка­ти­цы щеле­вид­ный изо­гну­тый зра­чок, напо­ми­на­ю­щий вытя­ну­тую по гори­зон­та­ли бук­ву W, ночью он округ­ля­ет­ся (рис. 3). Так что уче­ным пред­сто­ит инте­рес­ная рабо­та.

Рис. 3. Зрачки желтого мангуста Cynictis penicillata, мадагаскарского вельветового геккона Blaesodactylus boivini и каракатицы Sepia officinalis

Рис. 3. Зрач­ки жел­то­го ман­гу­ста Cynictis penicillata, мада­га­скар­ско­го вель­ве­то­во­го гек­ко­на Blaesodactylus boivini и кара­ка­ти­цы Sepia officinalis

1. Brischoux F., Pizzatto L., Shine R. Insights into the adaptive significance of vertical pupil shape in snakes /​/​ Journal of Evolutionary Biology. 2010. 23(9). P. 1878–1885. doi:10.1111/j.1420–9101.2010.02046.x.

2. Banks M. S., Sprague W. W., Schmoll J., Parnell J. A. Q., Love G. D. Why do animal eyes have pupils of different shapes? /​/​ Sci. Adv. 2015. 1:e1500391

 

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , ,

 

3 комментария

  • Адивлин:

    У живот­ных зрач­ки раз­ной фор­мы, т.к. их гены раз­ные.
    Когда-то все живот­ные про­изо­шли от рыб. Посмот­ри­те зра­чек Лати­ме­рии.
    Акул, скатов.Самых древ­них сохра­нив­ших­ся рыб, живот­ных.
    У кош­ки зра­чек, как у намно­го древ­нее её кро­ко­ди­ла.
    Зна­чит кош­ка и кро­ко­дил про­изо­шли от одно­го и того же живот­но­го в древности.И это живот­ное жило в воде.
    Он им пере­дал оди­на­ко­вые гены, кото­рые созда­ют вер­ти­каль­ные зрач­ки оди­на­ко­вой фор­мы и мыш­цы кото­рые им управ­ля­ют.

  • Вовян:

    Итак, одно­тип­ная дивер­ге­ни­ция наблю­да­ет­ся на уровне весь­ма мел­ких так­со­нов (по край­ней мере, под­се­мейств – рысь и кош­ка, волк и лиси­ца), при­том это харак­тер­но для круп­ных так­со­нов (раз­ных клас­сов). Как-то тяже­ло­ва­то объ­яс­нить слу­чай­но­стью такую кар­ти­ну мута­ци­я­ми, кото­рые долж­ны быть ана­ло­гич­ны­ми для мно­гих под­се­мейств раз­ных типов.

  • Вер­ти­каль­ный зра­чок поз­во­ля­ет раз­лич­ным видам живот­ных видеть оди­на­ко­во хоро­шо и ночью, и днем. Но уче­ные из уни­вер­си­те­та Кали­фор­нии в Берк­ли счи­та­ют, что кош­кам такие гла­за нуж­ны не толь­ко для того, что­бы хоро­шо видеть в тем­но­те. Поче­му у кошек вер­ти­каль­ные зрач­ки? http://graciastatei.blogspot.ru/2016/10/blog-post_33.html

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com