Самый сложный глаз в природе
У человека три типа колбочек — три цветовых канала, и из их сигналов нервная система строит всё богатство красок, которое мы воспринимаем. У рака-богомола (отряд ротоногих) таких каналов — до двенадцати, от глубокого ультрафиолета до дальнего красного. Плюс отдельные каналы для поляризации света. Это рекордно сложный зрительный аппарат среди всех животных.
И устроен он необычно. Каждый глаз сидит на подвижном стебельке и двигается сам по себе, независимо от второго. В каждом глазу — три области, смотрящие на одну и ту же точку: то есть один глаз в одиночку оценивает расстояние (у нас для этого нужны два). Посередине проходит особый срединный пояс из нескольких рядов фасеток: именно он несёт цветовые и поляризационные каналы, а полушария по обе стороны измеряют расстояние, яркость и поляризацию.
Долгое время отсюда делали простой вывод: раз каналов в четыре раза больше, чем у нас, — значит, рак-богомол видит мир в невообразимо богатых красках. Этот образ разошёлся по интернету. И оказался неверным.
Остриё науки
В 2014 году Ханне Тоэн с коллегами проверили это прямым поведенческим опытом: рака учили выбирать кормушку определённого цвета, а потом подсовывали всё более близкие оттенки. Результат удивил: рак-богомол различает близкие цвета хуже человека. Двенадцать каналов — и слабое различение оттенков.
Объяснение перевернуло привычную логику. Наша зрительная система сравнивает сигналы трёх колбочек между собой (оппонентные пары — см. Цветовая оппонентность) и так очень точно вычисляет оттенок. Рак-богомол, похоже, ничего не сравнивает. Он быстро «просматривает» сцену движением глаза, и каждый из двенадцати узких каналов просто сообщает: «здесь мой цвет есть» или «нет». Получается не различение, а мгновенное узнавание цвета — без долгого мозгового анализа.
Зачем эволюции такой путь? Скорее всего — ради скорости: хищнику, который бьёт за миллисекунды, важнее мгновенно опознать цель, чем тонко разбирать оттенки. Но это пока гипотеза. Почему именно двенадцать каналов, а не три-четыре, которых хватило бы для точного различения, — честно говоря, до конца не понято. Самый сложный глаз в природе остаётся наполовину загадкой.
Зрение в поляризованном свете
Цвет — лишь половина его возможностей. Рак-богомол видит то, что человеку недоступно вовсе: поляризацию света — направление, в котором колеблется световая волна.
Линейную поляризацию различают и некоторые другие животные. Но рак-богомол — единственное известное животное, которое различает ещё и круговую («закрученную») поляризацию, да притом отличает левую закрутку от правой. Секрет — в особой клетке-фоторецепторе (R8): её микроструктура работает как четвертьволновая пластинка, превращая круговую поляризацию в линейную, которую глаз уже умеет читать. Тот самый оптический приём, что в физике делают кристаллической пластинкой (см. Круговая поляризация), природа встроила в глаз рачка.
Получается красивая пара: жук-бронзовка своей спиральной кутикулой создаёт круговую поляризацию, а рак-богомол своим глазом её считывает. Зачем ему это — тоже не вполне ясно: возможно, для скрытой «переписки» с сородичами сигналами, которых не видят хищники.
От глаза рака — к камере против рака
Сложность этого глаза оказалась не только загадкой, но и чертежом. Инженеры (в частности, группа в Иллинойсском университете) построили камеру по его образцу: сложили в кремнии слои фотодиодов и металлические нанопровода так, чтобы один датчик сразу видел и цвет, и поляризацию.
У такой камеры нашлось медицинское применение. Раковая ткань деполяризует свет сильнее здоровой — на обычной картинке это незаметно, а на поляризационной проступает. Датчик по образцу глаза рака-богомола, установленный на эндоскоп, помогает заметить опухоль раньше, чем её видно глазом. Хищник, бьющий кавитацией, подсказал прибор, спасающий жизни.
Что можно увидеть самому
Повторить глаз рака-богомола нельзя, но войти в его «поляризационный» мир можно тем же простым приёмом, что и с жуком-бронзовкой: взять круговой поляризатор из 3D-очков (линза кинотеатральных очков RealD) и посмотреть сквозь него на блестящие надкрылья жука или на экран ноутбука. Поворачивая и переворачивая фильтр, видишь, как одни поверхности гаснут, а другие вспыхивают, — то, что для рака-богомола просто ещё один «цвет».
Глаз, который видит вдвое больше «красок», чем мы, и при этом различает их хуже; который читает закрученный свет и подсказал камеру против рака, — хорошее напоминание: «сложнее» в природе не значит «лучше по нашим меркам». Эволюция решала свою задачу, а не нашу.
Читать дальше
→ Раки-кавитаторы: тот же рак-богомол с другой стороны — оружие из схлопывающегося пузырька → Цветовая оппонентность: как из трёх каналов наша зрительная система строит цвет — противоположная стратегия → Золотистая бронзовка: жук, который этот закрученный свет создаёт → Круговая поляризация: физика «закрученного» света и четвертьволновой пластинки