Hanno occhi composti. Segreti degli insetti: quanti occhi ha una mosca normale?

La mosca comune ha occhi straordinari e insoliti!
Per la prima volta nel 1918 le persone poterono guardare il mondo attraverso gli occhi di un insetto grazie allo scienziato tedesco Exner. Exner ha dimostrato l'esistenza di un'insolita visione a mosaico negli insetti. Ha fotografato una finestra attraverso l'occhio composto di una lucciola posto su un vetrino da microscopio. La fotografia mostrava l'immagine del telaio di una finestra e dietro di essa il contorno sfocato di una cattedrale.

Gli occhi composti della mosca sono chiamati occhi composti e sono costituiti da molte migliaia di minuscoli occhi sfaccettati esagonali individuali chiamati ommatidi. Ogni ommatidio è costituito da una lente e da un lungo cono cristallino trasparente adiacente.

Negli insetti l'occhio composto può avere da 5.000 a 25.000 sfaccettature. Occhio mosca domesticaè composto da 4000 sfaccettature. L'acuità visiva della mosca è bassa, vede 100 volte peggio di un uomo. È interessante notare che negli insetti l'acuità visiva dipende dal numero di sfaccettature nell'occhio!
Ogni sfaccettatura percepisce solo una parte dell'immagine. Le parti si incastrano in un'unica immagine e la mosca vede un "quadro a mosaico" del mondo circostante.

Grazie a ciò la mosca ha un campo visivo quasi circolare di 360 gradi. Vede non solo ciò che sta davanti a lei, ma anche ciò che accade intorno e dietro di lei, ad es. i grandi occhi composti consentono alla mosca di guardare in direzioni diverse contemporaneamente.

Agli occhi di una mosca, la riflessione e la rifrazione della luce avviene in modo tale che la maggior parte di essa entra nell'occhio ad angolo retto, indipendentemente dall'angolo di incidenza.

L'occhio composto è un raster sistema ottico, in cui, a differenza dell'occhio umano, non esiste un'unica retina.
Ogni ommatidia ha la propria diottria. A proposito, per una mosca non esiste il concetto di accomodamento, miopia o lungimiranza.

Una mosca, come una persona, vede tutti i colori dello spettro visibile. Inoltre, la mosca è in grado di distinguere tra luce ultravioletta e luce polarizzata.

I concetti di accomodamento, miopia o lungimiranza non sono familiari alla mosca.
Gli occhi di una mosca sono molto sensibili ai cambiamenti di luminosità.

Lo studio degli occhi composti della mosca ha mostrato agli ingegneri che la mosca è in grado di determinare in modo molto accurato la velocità degli oggetti che si muovono a velocità enormi. Gli ingegneri hanno copiato il principio degli occhi delle mosche per creare rilevatori ad alta velocità che rilevano la velocità degli aerei in volo. Questo dispositivo è chiamato "occhio della mosca"

Telecamera panoramica "fly's eye"

Gli scienziati dell'École Polytechnique Fédérale de Lausanne hanno inventato una fotocamera a 360 gradi che consente di trasformare le immagini in 3D senza distorcerle. Hanno proposto un design completamente nuovo, ispirato al design dell'occhio di una mosca.
La forma della fotocamera ricorda un piccolo emisfero delle dimensioni di un'arancia; lungo la superficie si trovano 104 mini-fotocamere, simili a quelle integrate nei telefoni cellulari.

Questa fotocamera panoramica fornisce un'immagine 3D a 360 gradi. Tuttavia, ciascuna delle telecamere composite può essere utilizzata separatamente, trasferendo l’attenzione dello spettatore su determinate aree dello spazio.
Con questa invenzione, gli scienziati hanno risolto due problemi principali delle tradizionali cineprese: angolo di campo illimitato e profondità di campo.

TELECAMERA FLESSIBILE 180 GRADI

Un team di ricercatori dell'Università dell'Illinois, guidato dal professor John Rogers, ha creato una fotocamera sfaccettata che funziona secondo il principio dell'occhio di un insetto.
Un dispositivo nuovo nell'aspetto e a modo suo struttura interna assomiglia all'occhio di un insetto.

La fotocamera è composta da 180 minuscoli obiettivi, ciascuno con il proprio sensore fotografico. Ciò consente a ciascuna delle 180 microtelecamere di funzionare in modo autonomo, a differenza delle telecamere convenzionali. Se tracciamo un'analogia con il mondo animale, 1 microlente è 1 sfaccettatura dell'occhio di una mosca. Successivamente, i dati a bassa risoluzione ottenuti dalle microcamere entrano in un processore, dove queste 180 piccole immagini vengono assemblate in un panorama, la cui larghezza corrisponde ad un angolo di visione di 180 gradi.

La fotocamera non richiede messa a fuoco, ad es. Gli oggetti vicini possono essere visti altrettanto bene di quelli lontani. La forma della fotocamera può essere non solo emisferica. Può avere quasi qualsiasi forma. . Tutti gli elementi ottici sono realizzati in polimero elastico, utilizzato nella produzione di lenti a contatto.
Una nuova invenzione potrebbe trovare ampia applicazione non solo nei sistemi di sicurezza e sorveglianza, ma anche nei computer di nuova generazione.

mostra tutto

Negli insetti superiori, gli organi visivi non sono identici nella struttura. Sulla fronte o su di essi ce ne sono tre semplici (al centro - , ai lati - laterali), e ai lati ci sono due occhi composti complessi. Si trovano negli insetti adulti, così come negli insetti, e trasmettono la maggior parte delle informazioni visive ricevute.

Struttura generale degli occhi

La maggior parte degli insetti ha gli occhi, ma solo relativamente una piccola quantità di i taxa non li possiedono. Ad esempio, non sono presenti in alcune specie primitive, così come nelle formiche erranti dell'Ezione. Nella maggior parte dei casi, gli occhi si presentano come due strutture separate, tuttavia, ad esempio, nelle libellule sono così grandi da confluire in un'unica struttura sull'occhio.

La forma degli organi complessi della vista è spesso prossima alla rotonda, ma in alcuni casi sono a forma di lacrima (come una mantide religiosa) o a forma di rene, poiché presentano un incavo su cui “poggia” l'antenna (come la spessa salice Lamia textоr). In alcuni casi, la tacca è così netta che separa l'una dall'altra la parte superiore e quella inferiore dell'occhio, il che fa sembrare che l'insetto non abbia due occhi, ma quattro (un esempio è lo scarabeo Tetrops praeusta). A volte le caratteristiche della forma e della dimensione degli occhi sono determinate dall'appartenenza a un genere o all'altro. Pertanto, i maschi hanno solitamente occhi più sviluppati rispetto alle femmine, il che è particolarmente evidente nell’esempio dei fuchi e delle api operaie. Nei tafani si toccano al centro nei maschi e non nelle femmine.

Nella parte inferiore, adiacente alla testa, ciascun occhio è limitato da una membrana basale, o a setaccio. In esso, a seconda del numero di ommatidi, sono presenti numerosi fori attraverso i quali passano le fibre del nervo ottico. Attraverso di loro entrano nell'occhio, perforandolo e passando in mezzo. Al posto dell'occhio forma un'invaginazione piuttosto profonda, formando la capsula oculare, o oculare; è la struttura portante dell'occhio.

Ommatidio come unità strutturale dell'occhio composto

Anche la dimensione trasversale (diametro) delle unità strutturali dell'occhio è diversa, ma in ogni caso si misura in micron. Il diametro dello scarafaggio è di 20 micron e quello dello scarafaggio americano è di 32 micron.

Gli assi visivi degli ommatidi dovrebbero quindi essere approssimativamente perpendicolari alla superficie più spazio occupano, più sporgenti gli occhi degli insetti. Tuttavia, la forte sporgenza degli occhi non parla così tanto buona visione, quanto riguarda un ampio campo visivo, di almeno, nelle specie diurne.

La struttura dettagliata degli ommatidi è piuttosto complessa e verrà discussa utilizzando l'esempio di un tipico occhio apposizionale (spiegazione di questo termine nella sezione successiva). Nella struttura di ciascuna unità di occhi composti ci sono tre complessi funzionali di strutture, o tre apparati:

• diottrico (rifrattivo)

È costituito da lenti, rifrange e dirige la luce.

• recettore (percepire)

Percepisce e trasmette informazioni visive.

• apparato per l'isolamento dei pigmenti

Struttura dell'ommatidio

Struttura dell'ommatidio

1 - cornea, 2 - cellule corneagene,

3 - cono di cristallo, 4 - celle Semper,

5 - cellule retiniche, 6 - asta ottica,

7 - cellule del pigmento secondario,

8 - cellule del pigmento retinico,

9 - membrana basale

Ommatidi dell'apparato visivo

Apparato diottrico

è costituito dalle seguenti parti (dall'esterno verso l'interno): (foto)

Apparato recettore

include molti altri componenti:

• Retina cellule- strutture allungate che si trovano sotto il cono cristallino sotto forma di trave (5 per (foto) ).
• Asta ottica (rabdom)- una formazione oblunga costituita da prodotti di secrezione delle cellule retiniche e situata al centro del loro fascio. In una sezione trasversale, il rabdomo e le cellule della retina formano l'immagine di un "fiore", dove il rabdoma occupa una posizione assiale, essendo il "nucleo", e le cellule della retina si trovano attorno ad esso, come petali (6 su (foto)).
• Nervi ottici - nervi che trasmettono informazioni al sistema nervoso centrale.

Apparato di pigmentazione

l'isolamento è costituito da 3 formazioni:

• Cellule corneogeniche (pigmento principale).: gli stessi che producono la lente. Sono pieni di pigmento e isolano il cristallino dalle cornee degli ommatidi vicini.
• Cellule pigmentate accidentali- isolare ciascuno dagli altri a livello del cono di cristallo (7 per (foto) ).
• Cellule del pigmento retinico- svolgono la stessa funzione, ma più in basso, a livello delle cellule retiniche e dell'asta ottica (8 su (foto) ).

Occhio di neurosovrapposizione

Tali occhi si distinguono per il fatto che in essi c'è una somma di segnali nervosi provenienti da una certa parte delle cellule visive, la cui luce proviene da un punto. Questo tipo di occhio si trova nelle mosche.

Visione degli insetti

Negli ommatidi vicini, gli assi visivi sono molto vicini tra loro, il che conferisce agli insetti la capacità di distinguere meglio i punti vicini l'uno all'altro. Di conseguenza, la loro acuità visiva è circa 3 volte superiore a quella degli esseri umani. Allo stesso tempo, man mano che l'oggetto si allontana dall'occhio, la vista si deteriora; Quindi, insetti secondo gli standard umani, miope.

Un altro vantaggio degli occhi composti è che molti ommatidi consentono loro di seguire meglio gli oggetti tremolanti e in rapido movimento. Per noi, si forma un'immagine continua sullo schermo quando il film si muove a 16 fotogrammi al secondo e per gli insetti a 250-300. Questo dà loro un vantaggio in termini di velocità.

Gli insetti possono percepire la polarizzazione della luce. Non solo vedono tutti gli oggetti come tridimensionali, ma distinguono sottili sfumature e tinte di colori inaccessibili all'occhio umano. La maggior parte degli insetti ha una visione a colori; solo le forme primitive che vivono nelle caverne, i grandi vermi della farina e le termiti, hanno una visione in bianco e nero. Le specie erbivore volanti hanno un rilevatore di luce “sintonizzato” per percepire nello spettro ultravioletto, grazie al quale distinguono meglio i calici dei fiori dall'aria.

Scienziati svizzeri sono riusciti a riprodurre l'occhio di una mosca, il cosiddetto occhio composto artificiale.
Occhi composti, costituiti da tanti coni stretti e sensibili alla luce chiamati ommatidi, sono caratteristici di insetti e crostacei.

Tali occhi presentano numerosi vantaggi e svantaggi rispetto agli occhi umani. L'occhio della mosca ha una risoluzione inferiore rispetto all'occhio dei vertebrati, ovvero l'immagine catturata da questo occhio non sarà chiara. E tra i 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, il quadro è veloce, vario, ricco, ma non chiaro. Un team di scienziati dell'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) ha creato un prototipo di occhio artificiale composto che sfrutta questo design.

La fotocamera è come l'occhio di una mosca (occhio composto)

L’occhio artificiale, che gli scienziati hanno chiamato CurvACE (CURVed Artificial Compound Eyes), è composto da 630 “ommatidi”, ciascuno dei quali è un elemento sensibile alla luce e una microlente che focalizza su di esso uno stretto fascio di luce. L'occhio ha un angolo di visione di 60 gradi sul piano verticale e di 180 gradi su quello orizzontale. Gli angoli di visione verticale dei diversi ommatidi sono determinati dalla forma delle microlenti e l'angolo orizzontale è determinato dalla curvatura 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 strette.

La fotocamera è come l'occhio di una mosca (occhio composto)

L'occhio ha un volume di soli 2,2 centimetri cubi e pesa 1,75 grammi. A produzione industriale L’attuale livello tecnologico consentirà di ridurne le dimensioni almeno della metà. Lo scopo principale dell'occhio è quello di fungere da sistema di navigazione visiva per i robot. L'occhio è altamente sensibile e gamma dinamica- ogni ommatidia può adattarsi individualmente al livello di illuminazione. Un occhio del genere non può essere accecato dal bagliore del sole. Combinato con la sua alta velocità (il prototipo può produrre fino a 1500 fotogrammi al secondo), le dimensioni ridotte, l'assenza di distorsioni ai bordi del campo visivo e la capacità di ottenere con relativa facilità una visione circolare o addirittura sferica, questo lo rende un strumento ideale per determinare la posizione del robot nello spazio, rilevare ostacoli ed evitare collisioni. Probabilmente vedremo i primi esempi di tali telecamere su auto a guida autonoma e vari robot.

Le caratteristiche di CurvACE corrispondono all'incirca all'occhio della mosca della frutta della Drosophila. Proprio come l'occhio di un insetto, contenente al suo interno un nodo nervoso che svolge lavorazione primaria immagini, CurvACE include un microcontrollore che elabora il segnale proveniente dai sensori utilizzando algoritmi di flusso ottico, oltre a un accelerometro e un giroscopio.

L'effettivo riempimento elettronico costituisce la maggior parte della massa e del volume dell'occhio: la serie di sensori CMOS con microlenti stessa ha uno spessore di 1 mm e pesa 0,36 grammi. La capacità di dare alla fotocamera qualsiasi forma e l'assenza di obiettivi di grandi dimensioni apre molte possibilità: tali "occhi" possono essere incorporati nelle pareti di stanze, vestiti o mobili per essere utilizzati in sistemi di casa intelligente o di videosorveglianza. Combinazione di ommatidi tipi diversi In un sensore, puoi creare una fotocamera che vedrà simultaneamente in diverse gamme. Un certo prototipo dell'occhio che tutto vede, una nuova disgrazia per i paranoici e una scoperta miracolosa per i servizi segreti.

Chiunque di noi abbia provato almeno una volta a liberarsi di una fastidiosa mosca rincorrendola con un petardo in mano sa benissimo che questo compito non è sempre facile da portare a termine, e talvolta è del tutto impossibile. La reazione del piccolo inquilino grigio-nero è giusta. Il punto è che tu non sei la sua concorrenza. Perché? Leggi l'articolo in cui ti racconteremo tutto sui parassiti alati.

In che modo questa mosca è superiore a noi:

• nella velocità di movimento (più di venti km orari),
• poter seguire i suoi rapidi movimenti.

Come vedono le mosche

Noi, rappresentanti della razza umana, che ci consideriamo così perfetti e onnipotenti, abbiamo solo visione binoculare permettendoti di concentrarti su oggetto specifico o in una certa zona ristretta davanti a noi, e non riusciamo in alcun modo a vedere cosa succede dietro di noi, ma per una mosca questo non è un problema, poiché la sua visione è panoramica, vede l'intero spazio a 360 gradi ( ciascun occhio è in grado di fornire una visione di 180 gradi).

Inoltre, questi insetti non sono solo grazie a struttura anatomica il loro apparato visivo può vedere in diverse direzioni contemporaneamente, ma sono anche in grado di osservare in modo mirato lo spazio che li circonda. E tutto questo è fornito situati sui lati con due grandi occhi convessi che risaltano nettamente sulla testa dell’insetto. Un campo visivo così vasto determina la speciale "intuizione" di questi insetti. Inoltre, hanno bisogno di molto meno tempo per identificare gli oggetti rispetto a noi umani. La loro acuità visiva è anche 3 volte maggiore di quella umana.

Struttura degli occhi composti

Se esaminate l'occhio di una mosca al microscopio, potete vedere che è formato, come un mosaico, da tante piccole sezioni - sfaccettature - unità strutturali esagonali, esternamente conformate in modo molto simile ad un nido d'ape. Un tale occhio di conseguenza chiamato sfaccettatura, e le sfaccettature stesse sono anche chiamate ommatidi. Nell'occhio di una mosca ci sono circa quattromila sfaccettature di questo tipo. Tutti danno la loro immagine (una piccola parte del tutto) e il cervello della mosca forma da essi l'immagine complessiva, come da un puzzle.

La visione panoramica, sfaccettata e la visione binoculare, caratteristica delle persone, hanno scopi diametralmente opposti. Per consentire agli insetti di spostarsi rapidamente e altro ancora avvisare dell'avvicinarsi del pericolo, ma anche per avere il tempo di evitarlo, è importante non vedere bene e chiaramente un oggetto specifico, ma, soprattutto, effettuare una percezione tempestiva dei movimenti e dei cambiamenti nello spazio.

C’è un’altra caratteristica curiosa nella percezione visiva del mondo circostante da parte della mosca, riguarda la tavolozza dei colori. Alcuni di loro, così familiari ai nostri occhi, non possono essere affatto distinti dagli insetti, altri sembrano loro diversi da noi, in colori diversi. Per quanto riguarda la vivacità dello spazio circostante - le mosche si differenziano non solo i sette colori primari, ma anche le loro sfumature più sottili, perché i loro occhi non solo sono capaci di vedere luce visibile, ma anche l'ultravioletto, che purtroppo le persone non possono vedere. Si scopre che dentro percezione visiva mosche il mondo più roseo di quello delle persone.

Va anche notato che, sebbene abbiano alcuni vantaggi nel sistema visivo, questi rappresentanti del mondo a sei zampe (sì, hanno 3 paia di zampe) non possono vedere al buio. Di notte dormono perché i loro occhi non gli permettono di orientarsi nel buio.

E queste creature piccole e agili notano solo oggetti piccoli e in movimento. Un insetto non percepisce un oggetto così grande, ad esempio, come una persona. E qui avvicinandosi alla mano umana Gli occhi della mosca vedono perfettamente e trasmettono immediatamente il segnale necessario al cervello. Inoltre, non sarà difficile per loro vedere qualsiasi altro pericolo che si avvicina rapidamente, grazie alla struttura complessa e affidabile degli occhi, che consente all'insetto di vedere lo spazio in tutte le direzioni contemporaneamente: destra, sinistra, su, indietro e avanzare e reagire di conseguenza, salvandosi, motivo per cui sono così difficili da sbattere.

Numerose sfaccettature consentono alla mosca di seguire oggetti in movimento molto veloce con elevata nitidezza dell'immagine. Per confronto, se la visione di una persona può percepire 16 fotogrammi al secondo, quindi una mosca ha 250-300 fotogrammi al secondo. Questa proprietà è necessaria affinché le mosche, come già descritto, possano rilevare i movimenti laterali, nonché per orientarsi nello spazio durante il volo veloce.

Numero di occhi in una mosca

A proposito, oltre a due grandi occhi composti, la mosca ne ha altri tre semplici sulla parte frontale teste nell'intervallo tra le sfaccettature. A differenza di quelli complessi, questi tre sono necessari per vedere gli oggetti a distanza ravvicinata, poiché l'occhio complesso in questo caso è inutile.

Pertanto, alla domanda su quanti occhi ha una mosca domestica, ora possiamo rispondere con precisione che ce ne sono cinque:

• due facce (complesse), costituite da migliaia di ommatidi e necessarie per ottenere informazioni su eventi che cambiano rapidamente nello spazio,
• e tre occhi semplici, che consentono l'affilatura.

Gli occhi composti si trovano nelle mosche ai lati della testa, e nelle femmine la posizione degli organi visivi è leggermente espansa (separati da un'ampia fronte), mentre nei maschi gli occhi sono un po' più vicini l'uno all'altro.

Ad alto ingrandimento, l'occhio dell'insetto sembra un sottile reticolo.

Questo perché l'occhio dell'insetto è formato da tanti piccoli "occhi" chiamati sfaccettature. Si chiamano gli occhi degli insetti sfaccettato. Si chiama il piccolo occhio sfaccettato ommatidio. L'ommatidio ha l'aspetto di un cono lungo e stretto, la cui base è una lente a forma di esagono. Da qui il nome occhio composto: sfaccettatura tradotto dal francese significa "bordo".

Un ciuffo di ommatidi costituisce il complesso occhio rotondo dell'insetto.

Ogni ommatidia ha un campo visivo molto limitato: l'angolo visivo degli ommatidi nella parte centrale dell'occhio è solo di circa 1° e ai bordi dell'occhio fino a 3°. L'ommatidio “vede” solo quella minuscola sezione dell'oggetto davanti ai suoi occhi a cui è “mirato”, cioè dove è diretta l'estensione del suo asse. Ma poiché gli ommatidi sono strettamente adiacenti tra loro e i loro assi nell'occhio rotondo divergono radialmente, l'intero occhio composto copre l'oggetto nel suo insieme. Inoltre, l'immagine dell'oggetto risulta essere un mosaico, cioè composta da pezzi separati.

Il numero di ommatidi nell'occhio varia da insetto a insetto. Una formica operaia ha solo circa 100 ommatidi negli occhi, una mosca domestica ne ha circa 4000, ape operaia- 5000, per le farfalle - fino a 17.000 e per le libellule - fino a 30.000! Pertanto, la vista della formica è molto mediocre, mentre gli enormi occhi della libellula - due emisferi iridescenti - forniscono il massimo campo visivo.

Per colpa di assi ottici gli ommatidi divergono ad angoli di 1-6°, la chiarezza dell'immagine degli insetti non è molto elevata: non distinguono piccoli dettagli. Inoltre, la maggior parte degli insetti sono miopi: vedono gli oggetti circostanti a una distanza di pochi metri. Ma gli occhi composti sono eccellenti nel distinguere la luce tremolante (lampeggiante) con una frequenza fino a 250-300 hertz (per gli esseri umani, la frequenza limite è di circa 50 hertz). Gli occhi degli insetti sono in grado di determinare l'intensità del flusso luminoso (luminosità) e inoltre hanno un'abilità unica: possono determinare il piano di polarizzazione della luce. Questa capacità li aiuta a navigare quando il sole non è visibile nel cielo.

Gli insetti distinguono i colori, ma non come facciamo noi. Ad esempio, le api “non conoscono” il colore rosso e non lo distinguono dal nero, ma percepiscono i raggi ultravioletti, a noi invisibili, che si trovano all'estremità opposta dello spettro. La radiazione ultravioletta viene rilevata anche da alcune farfalle, formiche e altri insetti. A proposito, è la cecità degli insetti impollinatori al colore rosso che spiega il fatto curioso che nella nostra flora selvatica non ci sono piante con fiori scarlatti.

La luce proveniente dal sole non è polarizzata, cioè i suoi fotoni hanno un orientamento arbitrario. Tuttavia, quando attraversa l'atmosfera, la luce viene polarizzata a causa della diffusione delle molecole d'aria e il piano della sua polarizzazione è sempre diretto verso il sole

A proposito...

Oltre agli occhi composti, gli insetti hanno altri tre ocelli semplici con un diametro di 0,03-0,5 mm, che si trovano a forma di triangolo sulla superficie fronto-parietale della testa. Questi occhi non sono adatti a distinguere gli oggetti e sono necessari per uno scopo completamente diverso. Misurano il livello medio di illuminazione, che viene utilizzato come punto di riferimento (“segnale zero”) durante l'elaborazione dei segnali visivi. Se chiudi questi occhi di un insetto, manterrà la capacità di orientarsi nello spazio, ma sarà in grado di volare solo con una luce più intensa del solito. La ragione di ciò è che gli occhi sigillati vengono scambiati per “ livello medio» campo nero e quindi danno agli occhi composti una gamma più ampia di illuminazione, e questo, di conseguenza, riduce la loro sensibilità.