La maggior parte delle sfaccettature si trovano nell'occhio composto. Occhi sfaccettati: in cosa si differenziano da quelli semplici? Struttura dell'occhio dell'insetto

Nel processo di evoluzione della vista, alcuni animali sviluppano dispositivi ottici piuttosto complessi. Questi, ovviamente, includono gli occhi composti. Si sono formati in insetti e crostacei, in alcuni artropodi e invertebrati. Qual è la differenza tra un occhio composto e uno semplice, quali sono le sue funzioni principali? Ne parleremo nel materiale di oggi.

Occhi sfaccettati

Questo è un sistema ottico, raster, dove non c'è una singola retina. E tutti i recettori sono combinati in piccoli retinuli (gruppi), formando uno strato convesso che non contiene più terminazioni nervose. Pertanto, l'occhio è costituito da molte unità separate - ommatidi, combinate in un sistema visivo comune.

Gli occhi sono composti, intrinseci e differiscono dai binoculari (intrinseci anche nell'uomo) per la scarsa definizione dei piccoli dettagli. Ma sono in grado di distinguere le vibrazioni leggere (fino a 300 Hz), mentre per una persona le capacità limitanti sono di 50 Hz. E la membrana di questo tipo di occhio ha una struttura tubolare. In considerazione di ciò, gli occhi composti non hanno caratteristiche rifrangenti come l'ipermetropia o la miopia; il concetto di accomodazione non è ad essi applicabile.

Alcune caratteristiche della struttura e della visione

In molti insetti occupano la maggior parte della testa e sono praticamente immobili. Ad esempio, gli occhi sfaccettati di una libellula sono costituiti da 30.000 particelle, che formano una struttura complessa. Le farfalle hanno 17.000 ommatidi, una mosca ne ha 4.000 e un'ape ne ha 5. Il numero minimo di particelle in una formica operaia è di 100 pezzi.

Binocolo o sfaccettato?

Il primo tipo di visione permette di percepire il volume degli oggetti, i loro piccoli dettagli, stimare le distanze degli oggetti e la loro posizione in relazione tra loro. Tuttavia, una persona è limitata a un angolo di 45 gradi. Se è necessaria una visione più completa, il bulbo oculare si muove a livello riflesso (o giriamo la testa attorno all'asse). Gli occhi composti sotto forma di emisferi con ommatidi consentono di vedere la realtà circostante da tutti i lati senza girare gli organi visivi o la testa. Inoltre, l'immagine che l'occhio trasmette in questo caso è molto simile a un mosaico: un singolo elemento è percepito da un'unità strutturale dell'occhio, e insieme sono responsabili di ricreare il quadro completo.

Varietà

Gli ommatidi hanno caratteristiche anatomiche, a causa delle quali le loro proprietà ottiche differiscono (ad esempio, in diversi insetti). Gli scienziati definiscono tre tipi di sfaccettature:

A proposito, alcuni tipi di insetti hanno un tipo misto di organi visivi sfaccettati e molti, oltre a quelli che stiamo considerando, hanno anche occhi semplici. Quindi, in una mosca, ad esempio, ai lati della testa si trovano organi sfaccettati accoppiati di dimensioni piuttosto grandi. E sulla sommità della testa ci sono tre semplici occhi che svolgono funzioni ausiliarie. L'ape ha la stessa organizzazione degli organi visivi, cioè solo cinque occhi!

In alcuni crostacei, gli occhi composti, per così dire, siedono su steli mobili di escrescenze.

E alcuni anfibi e pesci hanno anche un occhio (parietale) aggiuntivo, che distingue la luce, ma ha una visione oggettuale. La sua retina è costituita solo da cellule e recettori.

Sviluppi scientifici moderni

Recentemente, gli occhi composti sono stati oggetto di studio e ammirazione per gli scienziati. Dopotutto, tali organi visivi, per la loro struttura originale, danno origine a invenzioni scientifiche e ricerche nel mondo dell'ottica moderna. I principali vantaggi sono un'ampia visione dello spazio, lo sviluppo di sfaccettature artificiali, utilizzate principalmente in sistemi di sorveglianza segreti in miniatura, compatti.

Tutti sanno che è molto difficile catturare o schiacciare una mosca: vede molto bene e reagisce istantaneamente a qualsiasi movimento, volando verso l'alto. La risposta sta nella visione unica di questo insetto. La risposta alla domanda su quanti occhi ha una mosca aiuterà a capire il motivo della sua elusività.

Il dispositivo degli organi visivi

La mosca domestica o comune ha un colore del corpo grigio-nero lungo fino a 1 cm e un addome leggermente giallastro, 2 paia di ali grigie e una testa con grandi occhi. Appartiene agli abitanti più antichi del pianeta, come dimostrano i dati degli archeologi che hanno scoperto esemplari risalenti a 145 milioni di anni.

Quando esamini la testa di una mosca al microscopio, puoi vedere che ha occhi voluminosi molto originali situati su entrambi i lati. Come puoi vedere nella foto degli occhi della mosca, visivamente sembrano un mosaico composto da unità strutturali a 6 lati, che sono chiamate faccette o ommatidi, simili alla struttura dei favi. Tradotta dal francese, la parola "fasette" significa sfaccettature. Per questo motivo, gli occhi sono chiamati sfaccettati.

Come capire cosa vede una mosca rispetto a una persona la cui visione è binoculare, cioè è composta da due immagini che vedono 2 occhi? Negli insetti, l'apparato visivo è più complesso: ogni occhio è composto da 4mila sfaccettature, che mostrano una piccola parte dell'immagine visibile. Pertanto, la formazione di un quadro generale del mondo esterno in essi avviene secondo il principio della "collezione di puzzle", che ci consente di parlare della struttura unica del cervello delle mosche, in grado di elaborare più di 100 fotogrammi di immagini per secondo.

Su una nota!

La visione delle sfaccettature non è solo nelle mosche, ma anche in altri insetti: le api hanno 5mila sfaccettature, le farfalle - 17mila, le libellule detentrici del record - fino a 30mila ommatidi.

Come vede una mosca

Un tale dispositivo degli organi visivi non consente alla mosca di concentrarsi su un particolare oggetto o oggetto, ma mostra un quadro generale dell'intero spazio circostante, che consente di notare rapidamente il pericolo. L'angolo di visione di ciascun occhio è 180°, che insieme è 360°, cioè il tipo di visione è panoramica.

Grazie a questa struttura degli occhi, la mosca osserva perfettamente tutto intorno, compreso vedere una persona che sta cercando di intrufolarsi dietro. Il controllo sull'intero spazio circostante le fornisce una difesa al 100% contro tutti i problemi, anche dall'incontro di persone.

Oltre ai 2 principali, le mosche hanno 3 occhi più ordinari situati sulla fronte negli intervalli tra quelli sfaccettati. Questi organi consentono loro di visualizzare più chiaramente gli oggetti vicini per il riconoscimento e la reazione immediata.

Interessante!

Riassumendo tutti i dati, possiamo affermare che la visione di una mosca è rappresentata da 5 occhi: 2 sfaccettati - per controllare lo spazio circostante e 3 semplici - per mettere a fuoco e riconoscere gli oggetti.

Caratteristiche delle capacità visive delle mosche

La visione della mosca comune ha molte altre caratteristiche interessanti:

• le mosche distinguono perfettamente i colori principali e le loro sfumature, inoltre sono in grado di distinguere i raggi ultravioletti;
• non vedono assolutamente nulla al buio e quindi dormono la notte;
• tuttavia, catturano alcuni colori dall'intera tavolozza in modo leggermente diverso, quindi sono condizionalmente considerati daltonici;
• il dispositivo sfaccettato degli occhi consente di fissare tutto contemporaneamente in alto, in basso, a sinistra, a destra e davanti e consente di rispondere rapidamente a un pericolo in avvicinamento;
• gli occhi di una mosca distinguono solo piccoli oggetti, ad esempio l'avvicinarsi di una mano, ma non percepiscono una grande figura di una persona o mobili in una stanza;
• nei maschi gli occhi composti sono più ravvicinati che nelle femmine, che hanno una fronte più ampia;

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L'acuità visiva è anche evidenziata dal fatto di quanti fotogrammi al secondo vede una mosca. Per fare un confronto, numeri esatti: una persona ne percepisce solo 16 e una mosca - 250-300 fotogrammi al secondo, che la aiuta a navigare perfettamente ad alta velocità in volo.

Caratteristiche dello sfarfallio

C'è un indicatore delle capacità visive, che è associato alla frequenza di sfarfallio dell'immagine, ad es. il suo limite più basso, al quale la luce è fissata come una fonte di illuminazione costante. Si chiama CFF - frequenza critica di fusione dello sfarfallio. Il suo valore indica la velocità con cui gli occhi dell'animale sono in grado di aggiornare l'immagine ed elaborare le informazioni visive.

Una persona è in grado di rilevare una frequenza di sfarfallio di 60 Hz, ovvero un aggiornamento dell'immagine 60 volte al secondo, che viene seguito durante la visualizzazione di informazioni visive su uno schermo televisivo. Per i mammiferi (cani, gatti), questo valore critico è 80 Hz, motivo per cui di solito non amano guardare la TV.

Maggiore è il valore della frequenza di sfarfallio, maggiore è il vantaggio biologico dell'animale. Pertanto, per gli insetti, in cui questo valore raggiunge i 250 Hz, ciò si manifesta nella possibilità di una reazione più rapida al pericolo. Dopotutto, per una persona che si avvicina alla "preda" con un giornale in mano con l'intenzione di ucciderla, il movimento sembra veloce, ma la struttura unica dell'occhio gli consente di catturare anche movimenti istantanei, come al rallentatore.

Secondo il biologo K. Gili, una frequenza di sfarfallio così elevata nelle mosche è dovuta alle loro piccole dimensioni e al rapido metabolismo.

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La differenza nell'indice CFF per diverse specie di vertebrati si presenta così: il più piccolo 14 Hz è nelle anguille e nelle tartarughe, 45 nei rettili, 60 negli esseri umani e negli squali, negli uccelli e nei cani - 80, negli scoiattoli di terra - 120.

L'analisi delle capacità visive di cui sopra ci consente di capire che il mondo attraverso gli occhi di una mosca sembra un sistema complesso di un gran numero di immagini, per analogia con piccole videocamere, ognuna delle quali trasmette informazioni all'insetto su una piccola parte dello spazio circostante. L'immagine assemblata ti consente di mantenere una "difesa a tutto tondo" visiva a colpo d'occhio e di reagire istantaneamente all'avvicinarsi dei nemici. I ricercatori di tali capacità visive degli insetti hanno consentito lo sviluppo di robot volanti, in cui i sistemi informatici controllano la posizione in volo, simulando la visione delle mosche.

Tipi di occhi composti

Schema della struttura dell'occhio composto di apposizione: 1 - faccette corneali; 2 - apparecchi di rifrazione della luce; 3 - cellule del pigmento; 4 - cellule visive; 5 - elemento fotosensibile di ommatidium; 6 - assoni delle cellule visive che vanno ai gangli ottici; 7 - coperture della testa; 8 - capsula oculare.

A seconda delle caratteristiche anatomiche degli ommatidi e delle loro proprietà ottiche, si distinguono 3 tipi di occhi composti: aposizionali (fotopici), sovrapposizione ottica e neurosovrapposizione (collettivamente chiamati scotopici). In alcuni insetti (mantidi, effimere), una parte dell'occhio può essere costruita secondo il tipo di apposizione e l'altra secondo il tipo di sovrapposizione.

Negli occhi composti di tutti i tipi, l'elemento fotosensibile effettivo è il rabdomera delle cellule visive contenenti un fotopigmento (solitamente simile alla rodopsina). L'assorbimento dei quanti di luce da parte del fotopigmento è il primo anello della catena dei processi, a seguito dei quali la cellula visiva genera un segnale nervoso.

Occhi composti aposizionali (fotopici).

Negli occhi composti aposizionali, che di solito sono caratteristici degli insetti diurni, gli ommatidi adiacenti sono costantemente isolati l'uno dall'altro da un pigmento opaco ei recettori percepiscono solo la luce la cui direzione coincide con l'asse dell'ommatidi dato.

Occhi composti di optosovrapposizione

Negli occhi composti di optosovrapposizione, caratteristici di insetti notturni e crepuscolari e di molti crostacei, l'isolamento degli ommatidi è variabile (a causa della capacità del pigmento di muoversi) e in mancanza di luce si ha una sovrapposizione (sovrapposizione) di raggi incidenti ad angolo obliquo che sono passati non attraverso uno, ma attraverso diverse facce. Pertanto, in condizioni di scarsa illuminazione, la sensibilità dell'occhio aumenta.

Occhi composti da neurosovrapposizione

Gli occhi composti da neurosovrapposizione sono caratterizzati dalla somma di segnali provenienti da cellule visive situate in ommatidi diversi, ma che ricevono luce dallo stesso punto nello spazio.

Risoluzione e percezione del colore

Schema dell'aspetto di un'immagine reticolata in apposizione (a), sovrapposizione ottica (b) e neurosovrapposizione (c) occhi composti: 1 - ommatidi separati con un elemento fotosensibile singolo o separato, piegati da rabdomer; 2 - assoni delle cellule visive. Gli ombreggiati sono quegli elementi fotosensibili che vengono colpiti da raggi di luce paralleli (indicati dalle frecce).

Fonti

• occhi composti- articolo dalla Grande Enciclopedia Sovietica

Fondazione Wikimedia. 2010.

Guarda cosa sono gli "occhi composti" in altri dizionari:

Occhi composti (oculi), il principale organo visivo accoppiato di crostacei, insetti e alcuni altri invertebrati, formato da ommatidi, la cui lente corneale ha la forma di una sfaccettatura convessa a 6 facce (sfaccettatura francese, da cui il nome). F. g. ... ... Dizionario enciclopedico biologico

Occhi composti in alcuni insetti. Dizionario di parole straniere incluso nella lingua russa. Chudinov A.N., 1910. OCCHI COMPOSTI Gli occhi composti si trovano nella maggior parte degli insetti e sono costituiti da mezzi. il numero di occhi semplici: nelle formiche da 50 ... ... Dizionario di parole straniere della lingua russa

- (dal francese facette facet) (occhi composti) un organo visivo accoppiato di insetti, crostacei e alcuni altri invertebrati; formato da numerosi singoli ocelli ommatidi. Percepiscono bene gli oggetti in movimento, forniscono un ampio campo ... ...

- (dal francese sfaccettatura sfaccettata), occhi composti, un organo visivo accoppiato di insetti, crostacei e alcuni altri invertebrati; formato da numerosi occhi individuali ommatidi. Percepiscono bene gli oggetti in movimento, forniscono un ampio campo ... dizionario enciclopedico

Occhi composti, il principale organo visivo accoppiato in insetti, crostacei e alcuni altri invertebrati; formato da speciali unità strutturali - ommatidi (vedi Ommatidium), la cui lente corneale ha la forma di un esagono convesso - ... ... Grande enciclopedia sovietica

- (dal bordo della sfaccettatura francese) (occhi composti), un organo visivo accoppiato di insetti, crostacei e alcuni altri invertebrati; formato da numerosi occhi separati di ommatidia. Percepiscono bene gli oggetti in movimento, forniscono un ampio campo visivo. ... ... Scienze naturali. dizionario enciclopedico

Oppure gli occhi composti degli artropodi (vedi Occhio) hanno preso questo nome perché la chitina del tegumento forma un ispessimento o una sfaccettatura sopra ciascun occhio (Cornea Linse). L'intero insieme di sfaccettature poliedriche rappresenta un campo che ricorda un marciapiede terminale... Dizionario Enciclopedico F.A. Brockhaus e I.A. Efron

Come gli occhi composti. * * * OCCHI COMPOSTI OCCHI COMPOSTI, come gli occhi composti (vedi OCCHI COMPOSTI) ... dizionario enciclopedico

Come gli occhi composti... Grande dizionario enciclopedico

Come gli occhi composti. .(

Gli scienziati svizzeri sono riusciti a riprodurre l'occhio di una mosca, il cosiddetto occhio composto artificiale.
Gli occhi composti, costituiti da molti coni sensibili alla luce detti ommatidi, sono caratteristici di insetti e crostacei.

Tali occhi hanno una serie di vantaggi e svantaggi rispetto agli occhi umani. L'occhio di una mosca ha una risoluzione inferiore rispetto all'occhio dei vertebrati, cioè l'immagine catturata da questo occhio non sarà chiara. E dei vantaggi: sono meno inerziali (alcuni insetti sono in grado di percepire lo sfarfallio con una frequenza fino a 300 Hz), non richiedono messa a fuoco e possono distinguere non solo il colore, ma anche la direzione della polarizzazione della luce. In poche parole: l'immagine è veloce, varia, satura ma non chiara. Un team di scienziati della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL) ha creato un prototipo di occhio composto artificiale che sfrutta questo design.

Fotocamera come l'occhio di una mosca (occhio composito)

L'occhio artificiale, che gli scienziati hanno chiamato CurvACE (CURVed Artificial Compound Eyes), è costituito da 630 "ommatidi", ognuno dei quali è un elemento fotosensibile e una microlente che concentra su di esso un fascio di luce ristretto. L'occhio ha un angolo di visione di 60 gradi in verticale e 180 - nel piano orizzontale. In verticale, gli angoli di visuale dei diversi ommatidi sono dati dalla forma delle microlenti, e in orizzontale, dalla flessione del substrato su cui si trova l'occhio. Questa forma è dettata dalla tecnologia di produzione: gli elementi fotosensibili sono formati su un cristallo solido, che viene poi tagliato in strisce sottili.

Fotocamera come l'occhio di una mosca (occhio composito)

L'occhio ha un volume di soli 2,2 centimetri cubi e pesa 1,75 grammi. Nella produzione industriale, l'attuale livello di tecnologia ridurrà le sue dimensioni almeno della metà. Lo scopo principale dell'occhio sono i sistemi di navigazione visiva per i robot. L'occhio ha un'elevata sensibilità e gamma dinamica: ogni ommatidium può adattarsi individualmente al livello di illuminazione. Un tale occhio non può essere accecato dal bagliore del sole. In combinazione con l'alta velocità (il prototipo può produrre fino a 1500 fotogrammi al secondo), le dimensioni ridotte, l'assenza di distorsione ai bordi del campo visivo e la capacità di ottenere una visione circolare o addirittura sferica in modo relativamente semplice, questo lo rende un strumento per determinare la posizione del robot nello spazio, rilevare ostacoli ed evitare collisioni. Probabilmente i primi campioni di tali telecamere che vedremo su auto con pilota automatico e vari robot.

Le caratteristiche di CurvACE si avvicinano all'occhio della mosca della frutta della Drosophila. Come l'occhio di un insetto, che contiene un nodo nervoso all'interno che esegue l'elaborazione dell'immagine primaria, CurvACE include un microcontrollore che elabora il segnale dai sensori utilizzando algoritmi di flusso ottico, nonché un accelerometro e un giroscopio.

In realtà, il riempimento elettronico costituisce la maggior parte della massa e del volume dell'occhio: la serie di sensori CMOS con microlenti ha uno spessore di 1 mm e pesa 0,36 grammi. La possibilità di dare qualsiasi forma alla telecamera sfaccettata e l'assenza di obiettivi di grandi dimensioni apre molte possibilità: tali “occhi” possono essere incastonati nelle pareti delle stanze, negli abiti o nei mobili per l'utilizzo in sistemi di smart home o di videosorveglianza. Combinando diversi tipi di ommatidi in un sensore, puoi creare una fotocamera che vedrà contemporaneamente in diversi intervalli. Un certo prototipo dell'occhio onniveggente, un nuovo guaio per i paranoici e una scoperta miracolosa per i servizi speciali.