Окото — анатомия, функции и зрение при хората и животните
Открийте анатомията на окото, ключовите функции и разнообразното зрение при хората и животните — от пръчици и колбички до ултравиолетово и инфрачервено зрение.
Окото е кръгъл орган за разпознаване на светлината, който позволява на организмите да възприемат образи и движение. То е първата част от зрителната система и работи като биологична "камера" — събира светлината, фокусира я и я превръща в електрически сигнали, които се изпращат към мозъка. Около 97 % от животните имат очи или светлочувствителни органи; очи с възможност за формиране на образи се срещат при cnidaria, мекотели, гръбначни, безгръбначни и членестоноги.
Анатомия на окото (при хората)
- Роговица (cornea) — прозрачната външна обвивка в предната част, която пропуска и огъва светлината.
- Склера — белият, здрав слой, който поддържа формата на окото.
- Ирис и зеница (pupil) — ирисът е мускулен диск с пигмент, който регулира диаметъра на зеницата и количеството светлина, което влиза в окото.
- Леща — прозрачна структура зад зеницата, която фокусира светлината върху ретината чрез промяна на формата си (акомудация) с помощта на вътреокулните мускули.
- Ретина — вътрешният слой, съдържащ фоторецептори (пръчици и колбички), които превръщат светлината в нервни импулси.
- Макула и фовеа — област в ретината, отговорна за централното и детайлно (остро) зрение.
- Стъкловидно тяло — желеподобно съдържимо, което поддържа формата на окото.
- Зрителен нерв — провежда импулсите от ретината към мозъка.
- Слъзна система и клепачи — защитават и овлажняват повърхността на окото (секрети на сълзната жлеза, мигателен рефлекс, мигли).
Фоторецептори и възприятие на светлината
При бозайниците два основни типа клетки — пръчици и колбички — позволяват възприемането на светлина и цветове. Пръчици са много чувствителни към слаба светлина и дават черно-бяло зрение при сумрак; колбички работят при по-силна осветеност и са отговорни за цветовото зрение.
Хората обикновено имат три вида колбички (трихроматно зрение), чувствителни към дължини на вълните, отговарящи на червено, зелено и синьо. Някои животни имат различен брой и видове фоторецептори: птиците и някои насекоми са тетра-хроматни и могат да виждат в ултравиолетовия спектър; ултравиолетовата чувствителност улеснява откриването на храна, разпознаване на партньор и ориентация.
Как очите фокусират и адаптират зрението
Лещата в предната част на окото действа като обектив на фотоапарат. Тя може да се изравни (издърпа по-плоска) или да се закръгли чрез цилиарните мускули, за да фокусира обектите на различни разстояния — процес, наречен акомудация. С напредването на възрастта тази способност намалява (пресбиопия), което прави трудно фокусиране на близки предмети.
Разлики между очите при различни животни
- Камера-тип очи — подобни на човешкото око, срещат се при гръбначни и при някои мекотели (например сепии и октоподи).
- Съставни (композитни) очи — при насекоми и ракообразни; състоят се от хиляди фасетки, всяка с отделен рецепторен апарат, добри за детекция на движение и широк ъгъл на виждане.
- Прости очи (очи-оточета или ocelli) — при някои безгръбначни и примитивни животни, дават информация за светлосен/тъмен, но не и детайлен образ.
- Много нощни бозайници имат tapetum lucidum — отразяващ слой зад ретината, който увеличава чувствителността при слаба светлина (поради това очите им „блясват“ в светлина).
- Някои животни имат специализирани сензори: например змии-Boa и пъзли (pit vipers) усещат инфрачервено чрез топлинни рецептори (не чрез стандартните очи).
- Много насекоми (например пчели) и птици виждат ултравиолетова светлина; някои животни (например дървесни скорпиони) могат да отговарят на различен спектър от човешкия.
Функции на зрението и възприятие
- Разпознаване на форма и детайл — разделителната способност зависи от плътността на колбичките (в човека най-добрата острота е в фовеята).
- Цветово зрение — различава цветове чрез комбиниране на сигналите от различните видове колбички.
- Зрение при слаба светлина — пръчиците дават предимство при нощно виждане; нощните животни виждат по-добре през нощта от дневните.
- Поле на виждане и стереозрение — позицията на очите определя дали видимостта е широко периферна (повече при плячкоядни животни) или има по-голямо припокриване на полетата и по-добра дълбочинна перцепция (стереозрение) при хищници.
Чести проблеми и защита на очите
Много хора имат рефракционни грешки или заболявания, които нарушават фокуса и качеството на зрението. Най-чести са:
- Миопия (късогледство), хиперопия (далекогледство) и астигматизъм — нарушават фокуса; коригират се с очила или (или контактни лещи).
- Пресбиопия — възрастова загуба на акомодация.
- Катаракта — помътняване на лещата; лечението често е хирургично чрез подмяна с изкуствена леща.
- Глаукома — повишено вътреочно налягане, което може да увреди зрителния нерв.
- Макулна дегенерация — засяга централното зрение, най-вече при възрастните.
- Отлепване на ретината, конюнктивит и други възпаления/инфекции.
Превенция: редовни очни прегледи, защита от светлината (UV-филтрирани слънчеви очила), подходяща хигиена при контактни лещи, и навременно лечение при симптоми като внезапно намаляване на зрението, светкавици или плаващи петна.
Път на зрителния сигнал
След като фоторецепторите превърнат светлината в електрически импулси, сигналите преминават през слоевете на ретината към ганглиозните клетки и се насочват по зрителния нерв към мозъка — през зрителния кръст (chiasm) към таламуса (латерално геникулатно тяло) и накрая към зрителната кора, където се обработват форма, движение, цвят и дълбочина.
Кратки заключителни бележки
Окото е сложен и еволюционно изменчив орган — различните животински групи са развили разнообразни решения за наблюдение на света. Неговата анатомия и физиология позволяват различни нива на острота, чувствителност към светлина и възприемане на цветове. Редовната грижа, защита и своевременното медицинско наблюдение са ключови за поддържане на добро зрение през целия живот.
Окото на ястреб
Светлина от една точка на отдалечен обект и светлина от една точка на близък обект, които се фокусират
Човешко око, украсено с козметика
Части на окото
Човешкото око е съставено от няколко различни части. Тези части могат да бъдат същите или не и при други животни. Те са:
- Роговица: Най-външният прозрачен слой, който предпазва ириса и зеницата.
- Зеница: Черното кръгче в средата на окото, през което преминава светлината.
- Ирис: Цветният кръг на окото около зеницата. Може да бъде кафява, синя, зелена и т.н. Основната му функция е да регулира количеството светлина, което влиза в окото.
- Склера: Голямото бяло поле около ириса, което поддържа формата на очната ябълка.
- Леща: Зад роговицата се намира прозрачна биоизпъкнала леща с много кратко фокусно разстояние.Тази леща се задържа в центъра на очната ябълка с помощта на цилиарните мускули.
- Ретина: има клетки, които превръщат светлината в нервни импулси.
- Зрителен нерв: Нервът, който свързва окото с мозъка. Оптичната информация се пренася в задната част на мозъка за обработка: вж. мозъчна кора.
Диаграма на окото
Видове очи
Днес са известни десет различни вида очи. Повечето начини за заснемане на изображения са се развивали поне веднъж.
Един от начините за категоризиране на очите е да се разгледа броят на "камерите". Обикновените очи се състоят само от една вдлъбната камера, може би с леща. Сложните очи имат много такива камери с лещи върху изпъкнала повърхност.
Очите могат да се групират и според начина на изработване на фоторецептора. Фоторецепторите са или килийни, или рабдомични, а някои безгръбначни притежават и двете.
Обикновени очи
Очи от яма
Очите се намират в вдлъбнатина в кожата. Това намалява ъглите, под които светлината може да проникне. Това позволява на организма да каже откъде идва светлината.
Такива очи се срещат при около 85% от филите. Вероятно те са се появили преди развитието на по-сложните очи. Очите с ямки са малки. Те са съставени от до около стотина клетки, покриващи около 100 µm. Насочеността може да се подобри чрез намаляване на размера на отвора и чрез поставяне на отразяващ слой зад рецепторните клетки.
Око с дупчица
Окото с дупчица е усъвършенствана форма на окото с дупчица. То има няколко особености, най-вече малка апертура и дълбока яма. Понякога блендата може да се променя. Среща се само при Наутилус. Без леща, която да фокусира изображението, то създава размазано изображение. Вследствие на това наутилусите не могат да различават обекти с разстояние по-малко от 11°. Намаляването на диафрагмата би довело до по-рязко изображение, но би пропуснало по-малко светлина.
Сферично око с лещи
Разделителната способност на очите може да бъде подобрена значително чрез добавяне на материал за направата на леща. Това ще намали радиуса на размазване и ще увеличи разделителната способност, която може да се постигне. Най-елементарната форма все още може да се види при някои гастроподи и безгръбначни. Тези очи имат леща с един индекс на пречупване. Възможно е да се получи по-добро изображение с материали, които имат висок индекс на пречупване, който намалява към краищата. Това намалява фокусното разстояние и позволява формирането на рязко изображение върху ретината.
Това око създава изображение, което е достатъчно рязко, така че движението на окото може да доведе до значително размазване. За да се сведе до минимум ефектът от движението на окото, докато животното се движи, повечето такива очи имат стабилизиращи очни мускули.
Оцелиите на насекомите имат проста леща, но фокусната им точка винаги се намира зад ретината.Те никога не могат да образуват рязък образ. Това ограничава функцията на окото. Оселиите (ямковидни очи на членестоногите) размиват образа по цялата ретина. Те реагират много добре на бързи промени в интензитета на светлината в цялото зрително поле - тази бърза реакция се ускорява още повече от големите нервни снопчета, които забързват информацията към мозъка. Фокусирането на образа ще доведе и до фокусиране на образа на слънцето върху няколко рецептора. Те биха могли да бъдат повредени от интензивната светлина; предпазването на рецепторите би блокирало част от светлината и би намалило тяхната чувствителност.
Тази бърза реакция е довела до предположения, че очните ябълки на насекомите се използват главно по време на полет, тъй като могат да се използват за откриване на внезапни промени в посока нагоре (тъй като светлината, особено ултравиолетовата, която се поглъща от растителността, обикновено идва отгоре).
Рефрактивна роговица
Очите на повечето сухоземни гръбначни животни (както и на някои паяци и ларви на насекоми) съдържат течност, която има по-висок показател на пречупване от въздуха. Роговицата е рязко извита и пречупва светлината към фокуса. Не е необходимо лещата да извършва цялото пречупване. Това позволява на лещата да регулира фокуса по-лесно, за да се постигне много по-висока разделителна способност.
Очи с рефлектор
Вместо леща е възможно в окото да има клетки, които да действат като огледала. Тогава изображението може да се отрази и да се фокусира в централна точка. Тази конструкция означава също, че някой, който гледа в такова око, ще вижда същото изображение като организма, който ги има.
Много малки организми, като например ротифери, копеоподи и платихелминти, използват такъв дизайн, но очите им са твърде малки, за да създават използваеми изображения. Някои по-големи организми, като мидите, също използват рефлекторни очи. Мидите Pecten имат до 100 милиметрови рефлекторни очи, които ограждат ръба на черупката им. Тя открива движещи се обекти, когато те преминават през последователни лещи.
Сложни очи
Сложните очи се различават от обикновените. Вместо един орган, който да усеща светлината, те обединяват много такива органи. Някои сложни очи имат хиляди такива. Полученият образ се сглобява в мозъка въз основа на сигналите от многото очни единици. Всяка такава единица се нарича оматидий, а няколко се наричат оматидии. Оматидиите са разположени върху изпъкнала повърхност, като всяка от тях сочи в малко по-различна посока. За разлика от обикновените очи, сложните очи имат много голям зрителен ъгъл. Те могат да откриват бързо движение, а понякога и поляризацията на светлината.
Сложните очи се срещат при членестоногите, безгръбначните и някои двучерупчести мекотели.
Наутилус има око с дупчица
Членестоногите, като тази пчела дърводелец, имат сложни очи.
Еволюция на окото
Еволюцията на очите е започнала с най-простите светлочувствителни петна при едноклетъчните организми. Тези очни петна не правят нищо друго, освен да определят дали заобикалящата ги среда е светла или тъмна. Повечето животни имат в себе си биохимичен "часовник". Тези прости очни петна се използват за регулиране на този денонощен часовник, който се нарича циркаден ритъм. Някои охлюви например изобщо не виждат образ (картина), но усещат светлината, което им помага да не попадат на ярка слънчева светлина.
По-сложните очи не са загубили тази функция. Специален вид клетки в окото усещат светлината с цел, различна от виждането. Тези клетки се наричат ганглийни клетки. Те са разположени в ретината. Те изпращат информацията си за светлината до мозъка по различен път (ретинохипоталамичен тракт). Тази информация регулира (синхронизира) циркадния ритъм на животното в съответствие с 24-часовия цикъл светлина/тъмнина в природата. Системата работи и при някои слепи хора, които изобщо не могат да виждат светлина.
Очите, които са малко по-добри, имат формата на чашки, което позволява на животното да разбере откъде идва светлината.
По-сложните очи дават пълното усещане за зрение, включително за цвят, движение и текстура. Тези очи имат кръгла форма, благодарение на която светлинните лъчи се фокусират върху задната част на окото, наречена ретина.
Други
Добрите летци като мухите или медоносните пчели, или ловците на плячка като богомолките или водни кончета, имат специализирани зони от оматидии, организирани в зона на фовеа, която осигурява остро зрение. В тази зона очите са сплескани и фасетите са по-големи. Сплескването позволява на повече оматидии да приемат светлината от една точка. Това дава по-висока разделителна способност.
Тялото на Ophiocoma wendtii, вид крехка звезда, е покрито с оматидии, които превръщат цялата ѝ кожа в сложно око. Същото важи и за много хитони.
Сложното око на водно конче
Въпроси и отговори
В: Какво представлява окото?
О: Окото е кръгъл орган за възприемане на светлината, за да могат организмите да виждат. То е първата част от зрителната система.
В: Колко животни имат очи?
О: Около 97 процента от животните имат очи.
В: Какви клетки позволяват да се вижда при бозайниците?
О: При бозайниците два вида клетки - пръчици и колбички - позволяват зрението, като изпращат сигнали чрез зрителния нерв до мозъка.
В: Има ли животни, които могат да виждат светлина, а хората не могат?
О: Да, някои животни могат да виждат ултравиолетова или инфрачервена светлина.
В: Как работи лещата в предната част на окото?
О: Лещата в предната част на окото действа като обектив на фотоапарат. Тя може да бъде издърпана по-плоска от мускулите вътре в окото или да бъде оставена да стане по-закръглена.
В: Нуждаят ли се хората от очила или контактни лещи, за да отстранят проблемите със зрението?
О: Да, някои хора може да се нуждаят от очила (или контактни лещи), за да отстранят проблеми със зрението, ако са родени с други малки проблеми или ги получат по-късно в живота.
В: Как различните очи имат различни способности?
О: Различните очи могат да имат по-висока или по-ниска разделителна способност, по-добра работа при слаба светлина (нощните животни виждат по-добре през нощта, отколкото дневните) и различна способност за различаване на цветовете в сравнение с другите очи.
обискирам