Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»


ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке



Библиотека

 
Ф. Вильчек
«Красота физики». Глава из книги


К. Каренина, А. Гилёв
Зачем степи артезианы?


Н. Резник
Густой волос и низкий голос


Дж. Бэрроу
«История науки в знаменитых изображениях». Глава из книги


М. Борисов
Хеопс на подошве Имхотепа и сад камней


С. Дробышевский
«Европейский папуас», или «Человек мира»: мужчина с Маркиной горы


М. Москалева
Студенты МГУ против лженауки


Ж. Резникова
И даман поманил за собой


В. Сурдин
Поиски новых планет


С. Горбунов
Сeratotherium simum cottoni. Последний из могикан







Главная / Новости науки версия для печати

Для чего медузам сложные глаза?


Кубомедуза Tripedalia cystophora живет на мелководье в мангровых зарослях Карибского моря (фото © Melissa Coates с сайта www.wissenschaft-online.de)
Кубомедуза Tripedalia cystophora живет на мелководье в мангровых зарослях Карибского моря (фото © Melissa Coates с сайта www.wissenschaft-online.de)

Кубомедузы отличаются от всех остальных медуз активным охотничьим поведением и хорошо развитыми камерными глазами, сходными по строению с глазами позвоночных. Хрусталик камерного глаза обладает прекрасными оптическими свойствами и передает изображение практически без искажений. Однако выяснилось, что фокусное расстояние превышает расстояние до сетчатки, поэтому глаз не может видеть мелких деталей, а лишь крупные объекты. Тем не менее, похоже, кубомедузы успешно используют такое зрение для решения конкретных задач.

Кубомедузы известны тем, что среди них сравнительно много ядовитых видов (см. также «Опасные обитатели моря»), например так называемые морские осы (Chironex fleckeri). Они встречаются в основном на мелководье, около песчаных пляжей или в мангровых болотах в Америке, Австралии и Новой Зеландии. Но мало кто знает, что кубомедузы обладают прекрасно развитыми глазами, необычными для беспозвоночных животных. Из-за хорошо развитого зрения этих медуз недавно даже выделили из класса Сцифоидных (Scyphozoa), тип Кишечнополостные, в отдельный класс Cubozoa, поскольку остальные сцифоидные медузы таким зрением не обладают. Еще одно морфологическое отличие нового класса заключается в том, что форма зонтика кубомедуз имеет квадратную форму на поперечном срезе. Единственное исключение составляет Tripedalia cystophora, вид, про который и пойдет речь дальше.

Схематическое строение кубомедузы (справа), ее поперечное сечение (слева) и строение полипа с отпочковывающейся личинкой — будущей медузой (внизу). Рис. с сайта animaldiversity.ummz.umich.edu
Схематическое строение кубомедузы (справа), ее поперечное сечение (слева) и строение полипа с отпочковывающейся личинкой — будущей медузой (внизу). Рис. с сайта animaldiversity.ummz.umich.edu

На биологическом факультете Лундского университета в Швеции вот уже несколько лет исследуют зрение кубомедуз Tripedalia cystophora. Эта мелкая медуза (размер ее купола 10 мм) обитает на Ямайке и в Пуэрто-Рико, она активно плавает днем близко к поверхности воды меж мангровых корней. Ее легко разводить в лаборатории, и она хорошо живет и размножается в искусственных условиях. Tripedalia имеет нетипичную, округлую, форму купола, но при этом обладает вполне характерными для кубомедуз глазами, которые располагаются на специфических сенсорных выростах — так называемых ропалиях (их у медузы 4). Каждый ропалий имеет по 6 глаз: 4 простых глазка и два камерных глаза. Верхний и нижний камерные глаза имеют сходное строение и различаются только по размеру. Все главные компоненты типичного камерного глаза присутствуют: роговица, хрусталик, сетчатка, пигментный слой и диафрагма. Изменение интенсивности света приводит к изменению диафрагмы нижнего глаза, тогда как диафрагма верхнего глаза остается постоянной.

Используя особую методику измерений, исследователи Лундского университета изучили преломляющие свойства хрусталиков обоих глаз. Измерения проводили на изолированном хрусталике, помещенном в каплю морской воды под микроскопом. Коэффициент преломления в центре хрусталика независимо от его ориентации оказался равен 1,48, что сравнимо с коэффициентом преломления хрусталиков рыб (Kröger et al., 1994). Прослеживание хода лучей, проходящих через хрусталик, показало идеальные оптические свойства для обоих глаз. Таким образом, лучи, приходящие с самых разных направлений, должны хорошо фокусироваться на сетчатке кубомедузы, в результате чего должно формироваться прекрасное изображение без искажений.

А. Схематическое изображение ропалия кубомедузы со всеми 6 глазами и статолитом. Б. Tripedalia cystophora, стрелками отмечены 4 ропалия. В. Анатомическая модель ропалия Tripedalia cystophora с двумя камерными глазами и статолитом. Г. Оптические модели глаз, использованные для определения фокусного расстояния (рисунки из Coates, 2003; Nilsson et al., 2005; Wehner, 2005)
А. Схематическое изображение ропалия кубомедузы со всеми 6 глазами и статолитом. Б. Tripedalia cystophora, стрелками отмечены 4 ропалия. В. Анатомическая модель ропалия Tripedalia cystophora с двумя камерными глазами и статолитом. Г. Оптические модели глаз, использованные для определения фокусного расстояния (рисунки из Coates, 2003; Nilsson et al., 2005; Wehner, 2005)

Однако дальнейшие исследования свойств глаза Tripedalia дали неожиданные результаты. Когда в том же Лундском университете построили геометрическую модель глаза, чтобы понять, как изображение фокусируется на сетчатке, оказалось, что, с учетом известного уже коэффициента преломления хрусталика, изображение фокусируется не на сетчатке, а за ней. Таким образом, идеальные преломляющие свойства хрусталиков не используются из-за «неправильной» геометрии глаза.

Ропалий медузы Tripedalia cystophora имеет 6 глаз: 4 простых глазка (два ямковидных и два щелевидных) и два камерных глаза (верхний и нижний). В обоих камерных глазах есть роговица, хрусталик, сетчатка, пигментный слой и диафрагма. Изменение интенсивности света приводит к изменению диафрагмы нижнего глаза, тогда как диафрагма верхнего глаза остается постоянной. Фото © Dan-E. Nilsson с сайта www.wissenschaft-online.de
Ропалий медузы Tripedalia cystophora имеет 6 глаз: 4 простых глазка (два ямковидных и два щелевидных) и два камерных глаза (верхний и нижний). В обоих камерных глазах есть роговица, хрусталик, сетчатка, пигментный слой и диафрагма. Изменение интенсивности света приводит к изменению диафрагмы нижнего глаза, тогда как диафрагма верхнего глаза остается постоянной. Фото © Dan-E. Nilsson с сайта www.wissenschaft-online.de

Исследователи Лундского университета попытались интерпретировать эти результаты по-иному: глаз медузы работает как пространственный низкочастотный фильтр, то есть у глаз намеренно сбита фокусировка, чтобы не видеть мелких деталей. Такой глаз хорошо различает большие и неподвижные объекты, и не видит планктон и разную мелкую взвесь в воде. Если мы вспомним, что кубомедузы в основном обитают на мелководье в мангровых зарослях, то можно предположить, что такое зрение вполне может обеспечивать быстрое плавание и лавирование меж подводных корней и стеблей.

Есть и другая гипотеза, как может использоваться пространственный низкочастотный фильтр. Tripedalia охотится в основном на рачков-копепод. В солнечные дни копеподы образуют плотные скопления в вертикальных столбах света, которые формируются между корней мангровых зарослей. Медуза прекрасно видит световой луч и начинает быстро плавать взад и вперед, много раз пересекая этот луч света. Благодаря этой простой и эффективной стратегии охоты множество копепод захватываются щупальцами медузы. Для этого не требуется хорошо видеть мелкие объекты, но необходимо различать крупные.

Обсуждая оптические свойства глаза, мы совсем не касались проблемы обработки зрительной информации. Нервная система кубомедуз включает в себя нервное кольцо с 8 ганглиями (скоплениями нервных клеток), четыре из которых связаны с ропалиями, а другие четыре иннервируют щупальца. Каждый ропалий буквально «забит» нервными клетками и волокнами. Ученые с удивлением обнаружили, что удаление ропалиев приводит к полной остановке плавательных движений.

Нижний камерный глаз медузы Tripedalia cystophora (фото © Dan-E. Nilsson с сайта www.wissenschaft-online.de)
Нижний камерный глаз медузы Tripedalia cystophora (фото © Dan-E. Nilsson с сайта www.wissenschaft-online.de)

Оказалось, что командные мотонейроны, запускающие сокращения зонтика, идут из ропалий. Зрительная информация непосредственно передается на двигательные мотонейроны, минуя вставочные нейроны, поэтому зрительное раздражение может мгновенно запускать двигательную реакцию. Таким образом, анализ зрительной информации, который у высших животных происходит в центральной нервной системе (то есть в мозге), у кубомедуз вынесен на крайнюю периферию. Польза от такой организации нервной системы очевидна.

Источники:
1) Charlotta Skogh, Andreas Garm, Dan-E. Nilsson, Piter Ekström. Bilaterally symmetrical rhopalial nervous system of the box jellyfish Tripedalia cystophora // Journal of Morphology. 2006. Published Online: 27 Julу 2006. DOI: 10.1002/jmor.10472.
2) Dan-E. Nilsson, Lars Gislén, Melissa M. Coates, Charlotta Skogh, Andreas Garm. Advanced optics in a jellyfish eye // Nature. 2005. V. 435. P. 201-205.
3) Rüdiger Wehner. Brainless eyes // Nature. 2005. V. 435. P. 157-159.
4) Melissa M. Coates. Visual ecology and functional morphology of Cubozoa (Cnidaria) (полный текст) // Integrative and Comparative Biology. 2003. V. 43(4). P. 542-548.
5) R. H. H. Kröger, C. W. Campbell, R. Munger, R. D. Fernald. Refractive index distribution and spherical aberration in the crystalline lens of the African cihlid fish Haplochromis burtoni // Vision Research. 1994. V. 34. P. 1815-1822.

Варвара Веденина


Комментарии (2)



Последние новости: БиологияФизикаВарвара Веденина

24.05
Клещи ездили на насекомых уже 320 миллионов лет назад
23.05
В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли
18.05
Обнаружены одноклеточные организмы с ядром, но без митохондрий
16.05
Уровень полученного образования отчасти зависит от генов
13.05
Удалось проследить зарождение и развитие меланомы от первой раковой клетки
11.05
Аномалия в распадах B-мезонов подтверждается еще в одном эксперименте
10.05
ГМО будут совершенствоваться при помощи искусственной эволюции
10.05
ATLAS обновил данные по топ-антитоп-хиггс отклонению
9.05
Коллайдер набирает обороты
1.05
Поломка трансформатора на неделю задерживает работу коллайдера


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия