Ощущения животных: зрение, осязание, вкус и обоняние

Большинство животных воспринимают мир при помощи зрения. Глаз – один из самых сложных органов. Уже не первое столетие биологи изучают его строение. Три основные части любого глаза: хрусталик, сетчатка и зрительный нерв.Как формируется изображение:1.Хрусталик глаза фокусирует изображение на сетчатке. Хрусталик настраивает четкость и резкость изображения.2.Клетки-фоторецепторы в сетчатке улавливают свет. Здесь формируется нервный импульс.3.По зрительному нерву импульс передается в мозг.4.Мозг воссоздает увиденную картинку.

Зрение

Глаза животных удивительно разнообразны. Но все они состоят из одинаковых частей: хрусталика, сетчатки и зрительного нерва. В природе не существует идеальных глаз. Строение глаз животного зависит от среды обитания и образа жизни.

В природе встречается свыше 50 различных конструкций глаза. Однако все эти глаза эволюционировали от одного общего "предка". Например, эволюционная история мышей и мух разошлась более чем 500 миллионов лет назад. Однако у них одинаковые гены, отвечающие за начальное формирование зрения. Это было доказано в недавнем исследовании.В ходе исследования ген, отвечающий за развитие глаз мыши, пересадили мухе. Причем, мышиный «глазной» ген вставили в лапку мухи. В результате у мухи на лапке появились глаза!

Эволюция глаз животных

Разнообразие глаз беспозвоночных

Глаза насекомых и ракообразных имеют уникальное – фасеточное строение. Такой глаз состоит из множества отдельных, но одинаковых фасеток – омматидиев. У каждого омматидия есть собственная линза для фокусировки света. Линзы захватывают свет из крошечной части поля зрения. Затем мозг животного собирает данные со всех омматидиев и формирует мозаичное изображение. Поэтому такие глаза называют сложными (в глазу позвоночных только одна линза). Количество омматидиев сильно варьируется. У муравьёв их может быть меньше 50, а у стрекоз – более 28 тысяч.Такое устройство глаза значительно снижает резкость изображения. Однако глаза насекомых подобны камере замедленной съёмки. Они фиксируют до 300 кадров в секунду (против 50 кадров у человека). Поэтому так трудно прихлопнуть муху. Для насекомого наши движения кажутся крайне медленными.

Зрение членистоногих

Разнообразие глаз позвоночных

Большинство позвоночных способно видеть мир цветным, а в их глазах располагается линза-хрусталик, которая обеспечивает резкость и остроту зрения. Работа хрусталика похожа на автофокусировку камеры.У многих рыб, земноводных, рептилий и птиц в глазах содержится 4 типа цветочувствительных клеток (вспомните, у рака-богомола их было 16). Так, птицы хорошо различают красный, зелёный, синий цвета и ультрафиолет. Птица никогда не перепутает оранжево-желтую гусеницу с желтовато-оранжевой. В ультрафиолете мир также видят пчёлы.Кроме того, у некоторых позвоночных имеется особый слой глаза – тапетум. Он позволяет видеть в темноте. Светящиеся в темноте глаза кошки – это работа тапетума.

Зрение позвоночных

Если говорить только о млекопитающих, то их зрение устроено беднее. Первые предки млекопитающих буквально жили в тени динозавров. В ту доисторическую эпоху млекопитающие выходили из нор только в сумерки. Поэтому их глаза утратили 2 типа цветочувствительных клеток. Например, грызуны видят всё ультрафиолетово-зелёным, а кошки – сине-зелёным. Многие водные млекопитающие вовсе лишились цветного зрения.Приматам, в том числе и людям, повезло больше. Чем острее и «цветастее» зрение, тем меньше вероятность свалиться с ветки или съесть неспелый плод. Поэтому глаза приматов «восстановили» третий тип рецепторов. А крошечному проценту людей повезло ещё больше. В результате редкой мутации у них развиваются все 4 типа цветочувствительных клеток.

Монокулярное и бинокулярное зрение

Почему у животных два глаза, а не один? Наличие двух глаз даёт много преимуществ как хищным, так и травоядным.Хищники обладают бинокулярным зрением. Их глаза расположены на передней части головы. В каждый глаз изображение попадает под немного разными углами. Это даёт превосходное восприятие глубины. Мозг хищника обрабатывает разницу в двух изображениях (от каждого глаза) и точно определяет местонахождение добычи. Травоядные животные обладают монокулярным зрением. Их глаза расположены по бокам головы. Такие животные жертвуют глубиной изображения, а взамен получают широкий угол обзора. Например, глаза птицы вальдшнеп обеспечивают угол обзора 360°. Даже если хищник подкрадётся к птице сзади, то вальдшнеп легко заметит опасность.

Осязание

Кожа животных усеяна различными чувствительными рецепторами. Эти рецепторы реагируют на различные прикосновения. В ответ на прикосновение рецептор растягивается или сжимается. Чем сильнее прикосновение или давление – тем сильнее растягивается рецептор. Чувство осязания возникает за счет работы миллионов кожных рецепторов. Особенно на осязание полагаются живущие в темноте животные.В коже располагаются не только «датчики» прикосновений. Посмотрите на картинку. За какие ещё ощущения отвечают рецепторы кожи?

Кожные рецепторы могут быть сконцентрированы в одной части тела для создания особо чувствительной области.Например, на рыльце кротов – звездоносов располагается 22 чувствительных кожных выроста. Этими выростами слепой крот не сможет схватить или почуять добычу. Зачем тогда они нужны? Секрет в том, что выростами крот нащупывает мир вокруг. На звёздном рыле располагается 25 тысяч рецепторов – больше чем на человеческой руке. За считанные секунды крот ощупывает ими более двадцати мелких объектов.Членистоногие тоже способны ощущать прикосновения. Все их тело усеяно чувствительными волосками – сенсиллами.

Обычно кожные рецепторы участвуют в ощущении прикосновений. Но некоторые животные с их помощью улавливают вибрации. Другими словами, с их помощью животное слышит.

В коже животных также располагаются болевые рецепторы. Они реагируют на чрезмерную температуру, давление или повреждение поверхности тела. Ощущение боли – важное эволюционное приобретение. Боль сигнализирует о травме или болезни. Ощущение боли заставляет животное уйти в безопасное место или указывает на место, где стоит «зализать» рану.Рецепторов боли в коже больше, чем любых других рецепторов. Болевые рецепторы находятся и во внутренних органах. Они позволяют обнаруживать боль, например в животе или сердце.Некоторые животные утрачивают способность ощущать боль. Например, в коже голых землекопов присутствуют болевые рецепторы. Однако они не передают «болевой» сигнал в головной мозг.

Болевые рецепторы

Датчики движения

Рыбы и личинки земноводных улавливают движение воды за счёт боковой линии. Боковая линия образована рецепторными клетками невромастами. Ток воды изгибает кончик невромаста, и рыба определяет направление течения воды.Многие виды рыб используют боковую линию для синхронного плаванья в косяке. Каждая рыба своими невромастами ощущает, как движутся другие рыбы. Охотникам сложно выделить в косяке отдельную цель. Весь косяк постоянно перемещается и может внезапно сменить направление. Если рыбе перерезать нерв, идущий от невромастов к мозгу, то рыба потеряет способность плавать в унисон с остальным косяком.

У большинства млекопитающих на морде имеются особые волосяные выросты – вибриссы. Однако вибриссы гораздо чувствительнее обычных волос. Каждую вибриссу оплетают сотни нервных окончаний. Ученые предполагают, что вибриссы эволюционировали из боковой линии рыб или амфибий. Подобно невромастам, вибриссы ощущают движение воздушных потоков. Эти потоки отражаются от окружающих предметов и улавливаются вибриссами. Мозг собирает информацию от каждой вибриссы и создает объемную картинку окружающего пространства.Особенно вибриссы развиты у водных и ночных млекопитающих. Вибриссы помогают этим животным «на ощупь» ориентироваться в полной темноте или в мутной воде. При помощи вибрисс, например, кошка может оценить размер щели. Так кошка поймет – протиснется она в щель или нет.

За ощущение температуры отвечают терморецепторы. У зверей и птиц терморецепторы участвуют в регуляции температуры тела. Терморецепторы отправляют сигналы в мозг, а тот действует как термостат. Мозг повышает температуру тела, когда холодно или понижает, когда жарко.Удивительной способностью обладают ямкоголовые змеи. Они получили свое название за особые ямки на голове, усыпанные терморецепторами. Эти ямки улавливают тепловую энергию от жертвы. Мозг змеи «объединяет» зрительную и тепловую информацию. В результате змея буквально видит тепло, исходящее от жертвы. Ямкоголовые способны заметить разницу температур в 0,1 ℃.

Ощущение температуры

Мороженое, которое слизывает собака, удивительно вкусно пахнет. А о сладком вкусе мороженого знает любой сладкоежка. В носу и на языке собаки располагаются многочисленные рецепторы. Они улавливают пахучие или вкусовые молекулы еды и создают нервный импульс.Вместе с воздухом животное вдыхает миллионы различных молекул. Часть из них в носовой полости захватывают обонятельные рецепторы. Когда животное пробует пищу на вкус, то миллионы «вкусовых» молекул пищи смешиваются со слюной и попадают вместе с ней на вкусовые рецепторы. Сигналы от вкусовых и обонятельных рецепторов формируют представление о еде. Вы замечали, что вкусно пахнущая еда кажется более аппетитной?

Вкус и запах

Вкусовые рецепторы помогают распознать гнилое мясо или ядовитое растение. «Вкусный» вкус обычно означает, что еда безопасна для употребления. Выделяют пять типов вкусовых рецепторов:1.Сладкие2.Солёные3.Горькие4.Кислые5.Рецепторы «мясного» вкуса. Наиболее значим для животных сладкий вкус. В сладкой еде содержится много богатых энергией углеводов. Чем больше вкусовых рецепторов на языке, тем ярче ощущается вкус. У всеядных человека и свиньи имеется 9 и 15 тысяч рецепторов соответственно. Для сравнения, на языке льва всего 500 вкусовых рецепторов. Неудивительно, ведь львы «пробуют на вкус» только мясо.

Кто в животном царстве самый изысканный дегустатор? Оказалось, что это сом. На усах сома находится свыше ста тысяч вкусовых рецепторов! Усами сом ищет пищу в мутной речной воде.А вот китам и дельфинам не повезло. В ходе эволюции эти животные утратили большинство вкусовых рецепторов. Они ощущают только вкус солёности.У мух вкусовые рецепторы расположены на лапках. Лапками муха пробует на вкус всё, на что садится. Много вкусовых рецепторов и в щупальцах осьминога. Этот моллюск может дегустировать окружающий мир, даже не выползая из убежища. Ещё более необычный пример связан с дождевым червём. Вкусовыми рецепторами покрыто всё тело этого животного.

Самыми невероятными «нюхачами» являются собаки. Левая и правая ноздри собаки работают независимо. Это позволяет собаке определять направление запаха. В носовой полости собак расположено 300 миллионов обонятельных рецепторов! Это в 60 раз больше, чем у человека.Мы давно научились использовать чувствительные носы собак: для поиска пропавших без вести людей или обнаружения запрещённых веществ. Недавние исследования показали, что собаки по запаху дыхания могут определить наличие у человека рака лёгких. Раковые клетки производят вещества, отличные от здоровых клеток. Именно эти «вредные» вещества и чует собака. Такая собачья терапия позволяет выявить раковые заболевания на ранней стадии развития. Это в итоге обеспечит более быстрое и эффективное лечение.

У некоторых позвоночных развита дополнительная обонятельная структура. Она называется органом Якобсона. Когда змея постоянно высовывает язык взад-вперёд, то она буквально пробует воздух на вкус. Кончиком языка она доставляет вкусовые молекулы из воздуха к органу Якобсона. Таким способом змея ощущает вкус ближайшей жертвы.Копытные животные используют орган Якобсона для улавливания феромонов партнёра. Они оттягивают верхнюю губу и втягивают воздух в орган Якобсона. Так самец зебры или жирафа определяет готовность самки к спариванию. У людей этот орган отсутствует или очень слабо развит.