Чувства животных - Роберт Бертон

Читателю, по-видимому, интересно, почему лягушка, будучи водным животным, так чувствительна к голубому цвету, тогда как морские птицы относительно мало чувствительны к нему. Эксперименты с цветными окошками показали, что голубой цвет является хорошим ориентиром для лягушки, тогда как зеленый не оказывает на нее никакого воздействия. Попробуем поставить себя на место лягушки, которая в естественных условиях живет в густых зарослях по берегам озер или рек: все вокруг кажется зеленым, кроме воды, хорошо отражающей голубой свет. Даже в пасмурный день, когда вода становится свинцово-серой, озеро все же отражает голубой свет. Внезапно появляется враг, лягушке необходимо скрыться от него — но куда? Очевидно, безопасное убежище находится в голубой воде, и именно туда автоматически направляется лягушка.

Такого рода отбор информации, в результате которого животное реагирует только на определенную часть окружающего его мира, часто приводит нас к заключению о полном отсутствии разума у этого животного; однако все дело, вероятно, в том, что животное видит иной мир, чем видим мы с вами. То, что сразу бросается в глаза нам, может быть невидимым для животного. Лягушка, окруженная только что убитыми насекомыми, будет голодать и может даже умереть от голода. Нам это кажется нелепым, поскольку, на наш взгляд, нет почти никакой разницы между движущимся и неподвижным насекомым; однако этот опыт показывает, что глаза лягушки обладают еще одним весьма совершенным механизмом отбора информации, позволяющим сэкономить некоторое количество нервных волокон, необходимых для передачи в мозг важных сведений.

Регистрируя с помощью микроэлектродов импульсы в отдельных нервных волокнах зрительного нерва лягушки, удалось показать, что ее глаз выделяет четыре основных информационных признака предметов, которые она видит. Если перед лягушкой поместить экран с маленьким черным кружком в центре, она не будет на него реагировать. Если же этот кружок передвигать по экрану, то в нервном волокне будет регистрироваться целый поток нервных импульсов. Ответную реакцию вызовет любая движущаяся модель, если она мала по величине и имеет округлые контуры. Иными словами, очертания модели должны приблизительно соответствовать очертаниям насекомого. Этот физиологический механизм получил название детектора насекомых. Информация, поступающая от детектора насекомых, уточняется детектором контура, который состоит из рецепторов, реагирующих на резкую границу света и тени в поле зрения лягушки.

Две другие системы нервных волокон играют меньшую роль. Одна из них реагирует на движение объекта, т. е. на быстрый переход от света к темноте, другая — на затемнение всего поля зрения, например когда на глаза падает тень. В сумме эти четыре системы нервных волокон передают в мозг информацию о наиболее важных характеристиках объектов того мира, в котором живет лягушка: они обнаруживают маленькие движущиеся объекты — вероятную добычу, не реагируя при этом на неживые предметы; однако эти системы продолжают следить за жертвой, когда она перестает двигаться. Они сообщают лягушке о приближении врага, когда на нее падает его тень.

Зрение помогает лягушке решать стоящие перед ней несложные задачи: находить пищу, обнаруживать врагов, а обнаружив их — скрыться в каком-нибудь убежище; однако все остальное в окружающем мире может проходить стороной, не вызывая у лягушки никакого интереса. Животные с более сложным поведением должны воспринимать из окружающего их мира больше сведений, но и эти животные будут выбирать только то, что представляет для них особый интерес: птенцы чаек клюют красный клюв своих родителей, да и мы сами, когда пробираемся по людной улице, выделяем важные для нас объекты, например движущиеся автомобили и пешеходов, с которыми можем столкнуться. В конечном счете во всем этом есть глубокий смысл, над которым стоит задуматься. Лягушка реагирует лишь на малую часть того мира, который ее окружает. Мы полагаем, что видим все вокруг нас, но весьма вероятно, что при этом мы, в действительности, не замечаем какую-то часть мира, окружающего нас, и эгоцентрически отказываемся допустить возможность ее существования.

ГЛАВА 6

Зрение в ином свете

Глаза насекомых и других членистоногих представляют собой сложные органы, состоящие из множества одинаковых элементов. В каждом таком элементе, называемом омматидием (фиг. 20), представлены все составные части глаза; соседние омматидии отделены друг от друга слоем светонепроницаемого пигмента. Роговица представляет собой прозрачный участок твердой кутикулы, покрывающей все тело насекомого. Под роговицей расположен хрусталик, который фокусирует свет на ретинальных клетках. Эти фоторецепторные клетки (обычно их бывает 7 или 8) связаны с мозгом при помощи нервных волокон. В состав каждой такой клетки входит рабдомер — палочкообразная структура, ориентированная параллельно длинной оси клетки и расположенная на той ее стороне, которая обращена внутрь омматидия. Все вместе рабдомеры образуют единую структуру — рабдом. Рабдомеры служат как бы «световодами», по которым свет от хрусталика распространяется по краям клеток ретинулы и вызывает в этих клетках фотохимическую реакцию того же типа, что и в глазе человека.

Фиг. 20. Продольный и поперечный разрезы омматидия — элемента сложного глаза насекомых

А. Продольный разрез омматидия. Каждый омматидий отделен от соседних омматидиев слоем пигмента 3. Роговица и хрусталик 2 фокусируют свет на рабдомерах 4, по которым он распространяется к светочувствительным пигментам в клетках ретинулы 5. Б. Поперечное сечение омматидия на уровне А — А, иллюстрирующее расположение клеток ретинулы и рабдомеров.

Всего несколько лет назад принципы функционирования сложного глаза казались совсем простыми, но впоследствии, когда были разработаны более тонкие методы исследования (например, микроэлектродная техника), прежняя теория была опровергнута. Хотя в настоящее время мы располагаем достаточно обширными сведениями о работе отдельных частей глаза насекомого, законченное представление о его функционировании у нас еще не сложилось. По классической теории, сложный глаз насекомого рассматривался как пучок трубочек (омматидиев), каждая из которых заканчивается светочувствительным элементом — ретинулой. Считалось, что омматидий пропускает к ретинуле только те световые лучи, которые более или менее параллельны его оси (фиг. 21, А), и, следовательно, воспринимает лишь небольшую часть окружающего мира — ту часть, которая находится прямо перед ним. Полная картина этого мира, как полагали ученые, создается всем комплексом омматидиев и представляет собой мозаику, состоящую из множества точек различной яркости, которая зависит от количества света, падающего на каждую ретинулу. Такая теория четко объясняла, каким образом насекомые обнаруживают движущиеся предметы. Если какой-то объект перемещается в поле зрения насекомого, он последовательно стимулирует все новые и новые омматидии. Однако мозаичное изображение должно быть очень грубым по сравнению с изображением, которое возникает в глазу человека. Другими словами, глаз насекомого, по-видимому, характеризуется очень слабой остротой зрения, или разрешающей способностью, которая в свою очередь зависит от числа омматидиев в глазу. Число омматидиев в каждом глазу стрекозы, которая летает очень быстро и обычно охотится, руководствуясь зрением, достигает 28 000. Глаз стрекозы может улавливать малейшие движения предметов на расстоянии 12 см, тогда как рабочий муравей с ничтожным числом омматидиев вряд ли способен на большее, чем отличать свет от тьмы.

Фиг. 21. Схема, показывающая восприятие омматидиями световых лучей в соответствии с классической теорией зрения насекомых (А) и с результатами электрофизиологичёских экспериментов (Б)

Согласно классической теории, каждый омматидий может улавливать только лучи, параллельные его оси; острота зрения насекомого, по этой теории, определяется величиной угла между осями соседних омматидиев. Результаты современных исследований показывают, что отдельный омматидий способен различать световые лучи, падающие на него под разными углами; следовательно, глаз насекомого обладает большей остротой зрения, чем полагали раньше.

Существование мозаичного изображения впервые убедительно доказал немецкий ученый Экснер, который сфотографировал окно сквозь фасеточный глаз светляка, помещенный на предметное стекло микроскопа. На фотографии было видно расплывчатое изображение оконного переплета, а за ним — неясные очертания собора. Позднее определили остроту зрения сложного глаза насекомых. Полученная величина давала основание считать, что этот глаз способен различать два источника света лишь в том случае, если идущие от них лучи попадают в два соседних омматидия. При этом полагали, что свет проникает в омматидий только тогда, когда распространяется практически параллельно оси омматидия.