Описанию зрения насекомых посвящено множество интересных исследований, таких как работы [1]- [5]. При этом основную информацию мы возьмем из статьи [1], дополнив ее своими собственными рассуждениями.

Считается, что до 90 % знаний о внешнем мире человек получает при помощи своего стереоскопического зрения. Зайцы обзавелись боковым зрением, благодаря которому они могут видеть объекты, находящиеся сбоку и даже позади себя. У глубоководных рыб глаза могут занимать до половины головы. Змеи способны видеть только движущийся объект, а самыми зоркими в мире признаны глаза сокола-сапсана, способного выследить добычу с высоты 8 км!

Но как видят мир представители самого многочисленного и разнообразного класса живых существ на Земле — насекомых? Наряду с позвоночными животными, которым они проигрывают только по размерам тела, именно насекомые обладают наиболее совершенным зрением и сложноустроенными оптическими системами глаза. Хотя глаза насекомых можно назвать близорукими, однако они, в отличие от человека, способны различать чрезвычайно быстро двигающиеся объекты. А благодаря упорядоченной структуре своих фоторецепторов многие из них обладают настоящим «шестым чувством» — поляризационным зрением [1].

Трудно переоценить значение света для всех обитателей нашей планеты. Солнечный свет служит основным источником энергии для всех живых организмов. И, конечно, благодаря восприятию света специальными органами чувств, животные получают главную часть сведений об окружающем мире, могут различать форму и цвет объектов, определять движение тел, ориентироваться в пространстве и т. п.

Зрение особенно важно для животных, способных активно передвигаться в пространстве: именно с возникновением подвижных животных начал формироваться и совершенствоваться зрительный аппарат — сложнейший из всех известных сенсорных систем. К таким животным относятся позвоночные и среди беспозвоночных — насекомые. Именно эти группы организмов могут похвалиться самыми сложными органами зрения [1].

Подумаем, почему зрение так важно для насекомых, важнее, чем слух? Скорость звука в воздухе равна примерно 331 метр в секунду, а скорость света — 300 тысяч километров в секунду, то есть, свет быстрее звука примерно в миллион раз! Из этого следует, что хорошее зрение очень важно для насекомых, оно помогает им выживать: следить за добычей и уходить от угроз типа мухобойки, которой люди иногда пытаются прихлопнуть муху. Мы знаем, как это бывает очень непросто, что показывает, насколько зрение влияет на жизнь этих неугомонных, приставучих, летающих по комнате надоедливых существ. Мы делаем вывод, что муха увидит мухобойку гораздо быстрее, чем ее услышит.

Зрительный аппарат у позвоночных и насекомых значительно различается, как и восприятие образов. Считается, что насекомые в целом более примитивны по сравнению с позвоночными, не говоря уже о высшем их звене — млекопитающих, и, естественно, человеке. Но вот насколько различается их зрительное восприятие? Иными словами, намного ли отличается от нашего мир, увиденный глазами маленького создания по имени муха?

Зрительная система насекомых в принципе не отличается от таковой у других животных и состоит из периферических органов зрения, нервных структур и образований центральной нервной системы. Но что касается строения органов зрения, то здесь различия просто огромны [1].

Всем знакомы сложные фасеточные глаза насекомых, которые встречаются у взрослых особей (см. рис. 1).

Рис. 1. Фасеточные глаза насекомого

Фасеточный глаз по виду напоминает корзинку спелого подсолнуха: он состоит из набора фасеток ( омматидиев ) —отдельных приемников светового излучения, имеющих все необходимое для регуляции светового потока и формирования изображения (см. рис. 2). Число фасеток составляет от нескольких у щетинохвосток до 30 тыс. у стрекоз.

Согласно древним легендам, у людей некогда имелся «третий глаз», отвечающий за сверхчувственное восприятие. Доказательств этому нет, однако та же минога и другие животные, такие как ящерица-гаттерия и некоторые земноводные, имеют необычные светочувствительные органы в «неположенном» месте. И в этом смысле насекомые не отстают от позвоночных: помимо обычных фасеточных глаз у них встречаются небольшие дополнительные глазки — оцелли (см. рис. 3), расположенные на лобно-теменной поверхности, и стеммы — по бокам головы (см. рис. 4).

Оцелли имеются в основном у хорошо летающих насекомых. Как правило, это три глазка, расположенные в виде треугольника, но иногда срединный либо два боковых могут отсутствовать. По строению оцелли сходны с омматидиями.

Рис. 2. Строение фасеточного глаза

Стеммы можно обнаружить у личинок насекомых, развивающихся с полным превращением. Их число и расположение изменяется в зависимости от вида: с каждой стороны головы может располагаться от одного до тридцати глазков. У гусениц чаще встречается шесть глазков, расположенных так, что каждый из них имеет обособленное поле зрения.

Зачем насекомым дополнительные глаза? Очевидно, чтобы был обзор сбоку. Ведь, как мы уже сказали, скорость света самое важное для них. Также, в отличие от нас, они не могут двигать глазами, а боковой обзор очень важен для них. Люди себе даже представить не могут глаза сбоку!

На что способны сложноустроенные глаза насекомых? Как известно, у любого оптического излучения можно выделить три характеристики: яркость, цвет и поляризацию.

Рис. 3 Цикада, которая помимо фасеточных глаз (обозначены цифрой 1), имеет три дополнительных глаза — оцелли (обозначены цифрой 2)

Цвет света насекомые используют для регистрации и распознавания объектов окружающего мира. Практически все они способны воспринимать и недоступную для позвоночных ультрафиолетовую часть спектра.

Как же воспринимают насекомые поляризованный свет? Исходя из структуры омматидия, можно предположить, что все фоторецепторы должны быть одновременно чувствительными как к цвету, так и к степени поляризации света. Но в таком случае могут возникнуть серьезные проблемы — так называемое ложное восприятие цвета. Так, свет, отраженный с глянцевой поверхности листьев или водной глади, частично поляризуется. В этом случае мозг, анализируя данные фоторецепторов, может ошибиться в оценке интенсивности окраски либо формы отражающей поверхности [1].

Рис. 4. Гусеница с дополнительными глазками-стеммами. Цифрой 1 обозначен одиночный глазок — стемма, цифрой 2 обозначена группа стемм, называемая окулариумом

Можно бесконечно углубляться в особенности строения глаза насекомых и все равно затрудниться в ответе на такой простой и одновременно невероятно сложный вопрос: как видят насекомые? Человеку трудно даже представить образы, возникающие в сознании насекомых.

В отличие от человека, глаза насекомых не обладают возможностью подстройки: радиус кривизны световой линзы у них не меняется. В этом смысле насекомых можно назвать близорукими: они видят тем больше деталей, чем ближе к объекту наблюдения находятся [1].

При этом насекомые с фасеточными глазами способны различать очень быстро движущиеся объекты, что объясняется высокой контрастностью и малой инерционностью их зрительной системы. К примеру, человек может различать лишь около двадцати вспышек в секунду, а пчела — в десять раз больше! Такое свойство жизненно важно для быстролетающих насекомых, которым нужно принимать решения непосредственно в полете.

Цветовые образы, воспринимаемые насекомыми, также могут быть гораздо сложнее и необычнее, чем у нас. К примеру, цветок, кажущийся нам белым, часто скрывает в своих лепестках множество пигментов, способных отражать ультрафиолетовый свет. И в глазах насекомых-опылителей он сверкает множеством красочных оттенков — указателей на пути к нектару [1].

Считается, что насекомые «не видят» красный цвет, который в «чистом виде» и встречается в природе чрезвычайно редко (исключение — тропические растения, опыляемые колибри). Однако цветы, окрашенные в красный цвет, часто содержат и другие пигменты, способные отражать коротковолновые излучения. А если учесть, что многие из насекомых способны воспринимать не три основных цвета, как человек, а больше (иногда до пяти!), то их зрительные образы должны представлять собой просто феерию красок.

И, наконец, «шестое чувство» насекомых — поляризационное зрение. С его помощью насекомым удается увидеть в окружающем мире то, о чем человек может получить лишь слабое представление с помощью специальных оптических фильтров. Насекомые же таким способом могут безошибочно определять местонахождение солнца на облачном небе и использовать поляризованный свет в качестве «небесного компаса». А водные насекомые в полете обнаруживают водоемы по частично поляризованному свету, отраженному от зеркала воды. Но вот какие при этом они «видят» образы, человеку просто невозможно себе представить...

У всех, кто по той или иной причине интересуется зрением насекомых, может возникнуть вопрос: почему у них не сформировался камерный глаз, подобный человеческому глазу, со зрачком, хрусталиком и прочими приспособлениями?

Рис. 5. Яблоко глазами человека

На этот вопрос в свое время исчерпывающе ответил выдающийся американский физик-теоретик, Нобелевский лауреат Р. Фейнман. Он сказал, что этому мешает несколько довольно интересных причин. Прежде всего, пчела слишком мала: если бы она имела глаз, похожий на наш, но соответственно уменьшенный, то размер зрачка оказался бы порядка сотых долей миллиметра, а поэтому искажения были бы столь велики, что пчела все равно не могла бы видеть лучше. Слишком маленький глаз — это не очень хорошо. Если же такой глаз сделать достаточного размера, то он должен быть не меньше головы самой пчелы. Ценность сложного глаза в том и состоит, что он практически не занимает места — просто тоненький слой на поверхности головы. Так что, прежде чем давать советы пчеле, не забывайте, что у нее есть свои собственные проблемы [1].

Поэтому неудивительно, что насекомые выбрали свой путь в зрительном познании мира. Да и нам, чтобы видеть его с точки зрения насекомых, пришлось бы, для сохранения привычной остроты зрения, обзавестись громадными фасеточными глазами. Вряд ли такое приобретение оказалось бы нам полезным с точки зрения эволюции.

Итак, как мы уже знаем, у разных насекомых видеокартинка устроена по-разному. Например, для некоторых стрекоз доказана скорость зрения порядка 200 кадров в секунду, то есть почти в 10 раз больше, чем у человека. Скорость реакции соответствующая: попробуйте поймать стрекозу голыми руками — у вас ничего не выйдет, стрекоза будет видеть вас, как в замедленном кино, и легко увернется.

Бывает и по-другому. Например, у гусениц некоторых бабочек все зрение ограничивается несколькими простыми глазками. Вспомним, что нормальный фасеточный глаз насекомого состоит из сотен, а иногда тысяч простых глазков, каждый из которых работает подобно пикселю в матрице фотоаппарата. Так вот у гусениц всего несколько (обычно не больше десятка) таких «пикселей». Чтобы получить цельную картинку, гусеница вынуждена считывать ее как бы построчно, все время мотая головой из стороны в сторону (принцип похож на действие планшетного сканера, в котором небольшой сенсор перемещается относительно считываемого листа бумаги). Таким образом, у гусеницы все наоборот: вместо замедленного кино набор нечетких фотографий, на каждую из которых уходит по нескольку секунд [2].

При помощи искусственного интеллекта попытаемся представить, как видит, например, муха обычное яблоко, которое человек держит на ладони (см. рис. 5). Моделирование показывает, что муха видит яблоко так, как показано на рис. 6.

Итак, можно сделать следующие выводы: зрение насекомых устроено гораздо сложнее человеческого, потому что и жизнь насекомых гораздо сложнее человеческой: у них нет солнцезащитных очков, они не могут сходить к доктору-окулисту, им нужно видеть, что происходит слева и справа, сверху и снизу, чтобы уметь вовремя увернуться от птицы или мухобойки, которые могут прилететь с любой стороны.

Рис. 6. Яблоко глазами мухи.

Литература:

1. Глупов В. В. С точки зрения насекомого // Наука из первых рук, 2013, № 2, стр. 96–109.
2. Копылов Д. Видят ли насекомые мир замедленным как в мультиках? // https: // yandex/q/science/158721.
3. Тыщенко В. П. Физиология насекомых. — М.: Высшая школа, 1986, 304 с.
4. Klowden M. J. Physiological Systems in Insects: Academ Press, 2007, 688 p.
5. Nation J. L. Insect Physiology and Biochemistry. Second Edition: CRC Press, 2008.