Физика в мире животных: офиуры и их необычное зрение

в 23:52, , рубрики: Биотехнологии, зрение, кристаллы, Научно-популярное, неорганика, органика, офиуры, экология, метки:

Физика в мире животных: офиуры и их необычное зрение - 1

На Geektimes не раз и не два публиковались материалы об органах зрения животных — как существующих ныне, так и ископаемых, тех, что исчезли миллионы лет назад. Эта статья — продолжение, можно сказать, цикла, поскольку тоже посвящена зрению. На этот раз в материале рассматриваются не глаза, а, скорее, фоточувствительность, восприимчивость к свету необычных животных — офиур.

Офиуры, или змеехвостки, это класс донных морских животных из типа иглокожих. У большинства видов очень необычный способ передвижения: когда офиура ползет по дну, ее лучи извиваются, совершая змееподобные движения. Большая часть видов этого класса проживают в тропических водах. Несмотря на то, что глаз, как таковых, у офиур нет, она каким-то образом умеет уходить от преследования и ловить добычу. Как им это удается? Давайте посмотрим.

Справедливости ради нужно отметить, что не все виды офиур могут реагировать на свет. Фоточувствительность была обнаружена сначала у одного вида, Ophiocoma wendtii. Как оказалось, после тщательного изучения офиур этого вида, своему «зрению» эти животные обязаны умению выделять небольшие кристаллы кальцита CaCO3, которые образуют сферические микроструткуры двухлинзовой формы. По мнению исследователей, офиуры этого и некоторых других видов могут формировать практически идеальные микролинзы. Кристаллы образуют сетку, фокусируя свет прямо в эпителиальную ткань нижележащих слоев на глубину в 4-7 мкм. Там свет улавливается нервными пучками.

В исследовании говорится также о том, что группа линз у офиур имеет строение, позволяющее уменьшать сферическую аберрацию и двойное преломление луча. Это открывает возможность для офиур улавливать свет с конкретного направления, а не отовсюду сразу. Есть у них (такой особенностью обладает ряд видов) фототропические хроматофоры, регулирующие дозу освещения, которое достигает рецепторов. Эти микроструктуры выполняют как чисто механическую, так и оптическую функцию.

По мнению специалистов, микролинзы, которые создают офиуры, являются настолько совершенными, что человек пока не в состоянии создать нечто подобное (это мнение было высказано в 2001 году — прим. ред.). Возможно, структуры такого рода можно использовать в оптических системах передачи данных. Они передают свет практически без искажений. Сеть микролинз, по словам ученых, передают единое изображение, а не множество мелких.

Джоанна Айзенберг, инженер из Лабораторий Белла, долгое время занималась исследованием и анализом этих микроструктур. Она считает, что крошечные образования, создаваемые офиурами, «слишком похожи на линзы, чтобы быть созданными случайным образом». Другими словами, Айзенберг считает, что эти микролинзы возникли в ходе эволюции, а не являются прихотью природы, создавшей ненужную организму систему.

«Производит впечатление то, что это органическое существо может использовать неорганический материал для операций высокой степени точности — и это при том, что у существа нет мозга», — говорит Рой Сеймблс (Roy Sambles), специалист по оптике и фотонике из Эксетерского университета.

Физика в мире животных: офиуры и их необычное зрение - 2
Микрофотография, полученная на сканирующем электронном микроскопе. На фото — часть скелета офиуры Ophiocoma wendtii с микролинзами

Офиуры обитают на морском дне повсеместно, на глубине до 6—8 км. Большинство встречается на глубине более 500 м; населяют и коралловые рифы. Ползают по дну посредством изгибания лучей или зарываются в грунт. Двигаются толчками, вытягивая вперёд 2 пары рук и резко загибая их назад. При питании «руки» офиур поднимаются почти вертикально вверх. У некоторых видов руки ветвятся, и скопление питающихся офиур напоминает настоящий ковёр из щупалец. В нём застревают или активно захватываются мелкие животные (черви, ракообразные, медузы) и взвешенные частицы пищи (планктон).

Рост кристаллов, как утверждают ученые, должен быть самоорганизован, этот процесс поддерживается организмом офиур и продолжается постоянно. «Все это начинается с супа из химических элементов, и в конце мы получаем удивительную микроструктуру», — заявил Сеймблс. Он надеется повторить процесс в лаборатории, что позволило бы выращивать кристаллы правильной формы с оптической осью для различных нужд промышленности и науки.

Несмотря на отсутствие мозга, у офиур есть разветвленная нервная система. Как уже говорилось выше, кристаллы фокусируют свет на тканях тела, в большинстве случаев — на нервные окончания. Тело офиуры, по сути — один большой глаз, который позволяет животному «видеть» свое окружение и реагировать соответствующим образом. Айзенберг сравнивает процесс формирования изображения с цифровой камерой, которая строит четкую картинку попиксельно.

«Это странно — ничего подобного линзам, встроенным в тело, я не знаю», — говорит Майкл Лэнд, специалист по зрению животных из Саксесского университета, Великобритания.

К сожалению, ученые не могут пока сказать, насколько хорошим получается финальное изображение. Но то, что офиуры с этим органом зрения реагируют на освещенность окружающей среды и могут чувствовать хищников, им угрожающих — здесь никаких сомнений нет. Для уточнения результатов наблюдений требуется провести больше экспериментов.

Автор: marks

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля