какие глаза у жабы
Лягушки умеют видеть цвета в полной темноте, выяснили ученые
МОСКВА, 1 мар – РИА Новости. Обычные лягушки и жабы умеют различать цвета в полной темноте и сохраняют эту способность даже в тех условиях, когда человек вообще ничего не видит, заявляют российские и шведские ученые в статье, опубликованной в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B.
«Удивительно, что эти земноводные не теряют способности различать цвета даже в кромешной темноте и при этом не теряют остроты зрения. Подобные результаты наблюдений были совершенно неожиданными для нас», — заявил Альмут Келбер (Almut Kelber) из университета Лунда (Швеция).
Глаза людей и многих других млекопитающих содержат в себе два типа светочувствительных клеток – колбочки и палочки. Колбочки позволяют нам различать цвета, но при этом они работают только при достаточно высокой освещенности, а палочки – позволяют видеть силуэты предметов при тусклом свете звезд или Луны.
Как показывают эксперименты последних лет, число различных типов колбочек и их функции заметно отличаются у разных групп и даже родов животных – к примеру, человек обладает тремя видами колбочек, а некоторые виды птиц и рептилий – четырьмя типами, один из которых позволяет им видеть ультрафиолетовое излучение. Другие животные, к примеру, раки-богомолы, обладают еще более экзотической системой зрения, содержащей в себе 12 разных фоторецепторов, каждый из которых различает определенный цвет.
Работа Эверта с жабами привела к нескольким важным открытиям (Ewert 1974, 2004). В целом его исследование выявило специфические нейронные цепи для распознавания сложных визуальных стимулов. В частности, он определил две основные области мозга, тектум и таламо-претектальную область, которые отвечали за различение добычи от не-добычи, и выявил нервные пути, которые их связывали. Более того, он обнаружил, что нейронные механизмы пластичны и адаптируются к различным средам и условиям (Carew 2000; Zupanc 2004).
Содержание
Естественное поведение жаб
Отсутствие саккадических движений глаз заставляет жабу держать глаза в неподвижном положении. Следовательно, он должен решить, является ли объект «добычей» или «не добычей», прежде чем начать движение. Если он ориентируется на объект, он, должно быть, уже решил «добычу», а затем берет на себя обязательство щелкнуть, уменьшая пороговые значения для последующих реакций поимки добычи. Даже когда стимул жертвы быстро исчез после ориентации, возбужденная жаба может иногда завершить последующие реакции.
Реакция жертвы против хищника
Когда жабе предъявляют движущийся стимул, она обычно может отреагировать одним из двух вариантов. В зависимости от размера и конфигурации стимула, он будет либо участвовать в ориентированном (захват добычи) поведении, либо в поведении избегания (бегстве), которое состоит из защитных поз «приземление» или реакции избегания приседания.
При определении размера стимула жаба будет учитывать как угловой размер, который измеряется в градусах угла обзора, так и абсолютный размер, который учитывает расстояние между жабой и объектом. Эта вторая способность определять абсолютный размер путем оценки расстояния известна как постоянство размера.
Квадраты определенного размера, вращающиеся вокруг жабы, успешно вызывали реакцию поимки добычи. Жабы избегали больших площадей. Вертикальные полосы почти никогда не вызывали ловли добычи, и с увеличением высоты они становились все более неэффективными. Горизонтальные планки, напротив, очень успешно выявляли поведение поимки добычи, и их эффективность в определенной степени возрастала с увеличением длины. Дополнительные вертикальные сегменты поверх горизонтальных полос значительно снижали реакцию поимки добычи. В общем, движение прямоугольника в направлении его длинной оси воспринимается жабой как червеобразное, тогда как движение по короткой оси интерпретируется как античервячное. С помощью другой экспериментальной установки было показано, что различие между червем и античервем не зависит (инвариантно) от направления движения объекта в поле зрения жабы.
Важно отметить, что стационарные объекты обычно не вызывают реакции поимки добычи или избегания. Тем не менее, жабы в нетекстурированном окружении не могут отличить изображение на сетчатке глаза небольшого движущегося объекта от изображения на сетчатке небольшого неподвижного объекта, вызванного собственным движением жабы. Оба изображения показывают захват добычи. Однако в текстурированном окружении индуцированное движущееся изображение сетчатки игнорируется.
Кроме того, контраст между стимулами и фоном может существенно повлиять на тип поведения. В ответ на червеобразную полосу обыкновенные жабы ориентируются и щелкают по краю, ведущему в направлении движения, учитывая, что полоса черная, а фон белый. Если контраст стимула и фона меняется на противоположный, жаба предпочитает задний край белой полосы и часто щелкает за ним. Очевидно, что «выключенные» эффекты (быстрое изменение яркости от яркого к темному) движущимися контрастными границами играют ведущую роль. Как правило, белые квадратные объекты, движущиеся на черном фоне, более привлекательны в качестве добычи, чем черные объекты на белом. Однако эта тенденция пластична и меняется в зависимости от сезона, когда черные объекты на белом фоне намного эффективнее вызывают поведение поимки добычи осенью и зимой (Ewert 1980).
Детекторы признаков и визуальная система
Чтобы понять нейронные механизмы, лежащие в основе поведенческих реакций жабы, Эверт провел серию экспериментов по регистрации и стимуляции. Прежде всего, результаты позволили ему понять, как зрительная система устроена и связана с центральной нервной системой. Во-вторых, он обнаружил области мозга, которые отвечали за дифференциальный анализ стимулов.
Таламо-претектальная область вызывает у жабы поведение избегания. В частности, электрический запуск таламо-претектальной области инициирует множество защитных движений, таких как закрытие век, пригибание и поворачивание (Ewert 1974, 2004). Различные типы нейронов в этой области отвечают за поведение избегания, и все они чувствительны к различным типам стимулов. Один тип нейронов (TH3) активируется большими угрожающими объектами, особенно теми, которые вытянуты перпендикулярно направлению движения. Другой тип (TH6) активируется приближающимся объектом, движущимся к жабе. Еще другие типы (TH10) реагируют на большие неподвижные препятствия, и есть также нейроны, реагирующие на стимуляцию датчиков баланса в ухе жабы. Стимуляция (комбинации) таких нейронов заставит жабу проявлять различные виды защитного поведения.
Эксперименты по травмам привели к открытию путей, проходящих между тектумом и таламо-претектальной областью. После удаления тектума ориентационное поведение исчезло. Когда таламо-претектальная область была удалена, поведение избегания полностью отсутствовало, в то время как поведение ориентации усиливалось даже на стимулы хищника. Более того, избирательные свойства добычи были нарушены как в нейронах, избирательных к добыче, так и в поведении поимки добычи (Zupanc 2004). Наконец, когда была удалена половина таламо-претектальной области, растормаживание применялось ко всему полю зрения противоположного глаза. Эти и другие эксперименты предполагают, что пути, включающие аксоны клеток типа TH3, простираются от претектального таламуса до тектума, что подходит для модуляции тектальных ответов на зрительные стимулы и определения свойств избирательности добычи из-за тормозящих влияний.
Модуляторные петли и эволюционные перспективы
С эволюционной точки зрения важно отметить, что четвероногие позвоночные обладают общим паттерном гомологичных структур ствола и переднего мозга (например, см. Reiner et al. 1998; González et al. 1999; Kenigfest et al. 2002). Нейроэтологические, нейроанатомические и нейрохимические исследования показывают, что нейронные сети, лежащие в основе основных функций, таких как внимание, ориентация, приближение, избегание, ассоциативное или неассоциативное обучение и базовые двигательные навыки, имеют, так сказать, филогенетическое происхождение в гомологичных структурах. мозга амфибии.
Лягушки и жабы — обладатели уникального для позвоночных цветового зрения
Учёные из Лундского университета (швед. Lunds universitet) в Швеции провели исследование ночного зрения лягушек и жаб. Возможно, эти земноводные видят в темноте лучше, чем какие-либо другие животные. Лягушки и жабы могут различать цвета в таких условиях освещения, в которых люди не способны видеть вообще ничего.
Большинство позвоночных, включая человека, имеют два типа зрительных клеток, расположенных в сетчатке: колбочки и палочки. Колбочки позволяют нам различать цвета, но они, как правило, нуждаются в довольно сильном свете и, следовательно, не работают, когда темнеет. Всё зрение человека в сумерках — работа палочек, мир для нас становится чёрно-белым.
Но у жаб и лягушек зрительный аппарат отличается от человеческого. Было известно, что их зрительные клетки — палочки с различной чувствительностью. Это уникальная особенность, не обнаруженная у других позвоночных. Исследователи подозревали, что лягушки и жабы способны различать цвета в условиях низкой освещённости. Но исследование шведских учёных стало первым, которое это доказывает.
«Удивительно, что эти животные на самом деле могут видеть цвета в экстремальной темноте, вплоть до абсолютного порога чувствительности зрительной системы. Это неожиданный результат», — говорит профессор биологии Альмут Келбер (Almut Kelber).
О том, что палочки в сетчатке лягушек способны различать цвета (синий и зелёный) в условиях крайней темноты, стало ясно после проведения эксперимента, в котором лягушки искали выход из замкнутого пространства в почти полной темноте и двигались в сторону слабо светящегося отверстия, закрываемого различными светофильтрами. Известно, что эти земноводные предпочитают двигаться в сторону синего цвета, и действительно зафиксировано, что при достаточной (для лягушек) интенсивности светового потока они делают больше попыток добраться именно до синего пятна. О том, что земноводные различают и другие цвета, свидетельствуют эксперименты над жабами, самцы которых показывают видоспецифичные реакции на окрас партнёра — игнорируют или выбирают красно-жёлтый либо сине-зелёный окрас.
Исследование фототаксиса у лягушек. Экспериментальная установка с двумя слабосветящимися пятнами разного цвета, ИК-датчики для фиксации прыжков. С увеличением интенсивности света растёт количество попыток прыгнуть на свет, после определённого порога лягушка чаще прыгает в сторону синего пятна.
Цветовое зрение земноводных используется по-разному, в зависимости от того, чем они заняты. В ходе других экспериментов исследователи изучили, в какой степени лягушки и жабы используют цветовое зрение, когда ищут себе пару или охотятся. Результаты показали, что животные прекращают реагировать на цветовую информацию при падении освещённости достаточно рано, когда речь заходит о поиске полового партнёра, но при охоте воспринимают цвет в таких условиях, в которых человек цвет уже не различает. Говорится, что это приблизительно такая освещённость, которую можно наблюдать в ясную, но безлунную ночь.
«Мы уже показали ранее, что мотыльки и гекконы также могут различать цвета в сумерках лучше людей. Однако, лягушки, видимо, обладают уникальной способностью видеть цвета в темноте», — заключает Альмут Келбер.
Следует заметить, что наличие цветового зрения у земноводных не значит, что они видят цвета так же, как люди или другие животные с цветовым зрением.
Какие глаза у жабы
Зрачки амфибий
У лягушек и жаб насчитали семь типов зрачков
У людей зрачки круглые. Если мы посмотрим на кошку, увидим, как её зрачки сужаются до вертикальных щёлок. Если выберемся за город и встретим козу, то, взглянув ей в глаза, увидим горизонтальные зрачки. Круглые, вертикальные, горизонтальные – вот, кажется, и всё. Но лягушкам и жабам этого показалось мало, и эволюция им дала целых семь зрачков – их перечисляют в своей статье в Proceedings of the Royal Society B сотрудники Естественнонаучного музея Аргентины. Они проанализировали свыше 3200 видов (что примерно соответствует 44% всех бесхвостых амфибий): кроме круглого, вертикального и горизонтального, у лягушек и жаб есть ромбоидальные зрачки, треугольные, лопастевидные и перевёрнутые лопастевидные. Вообще, все эти семь видов зрачков попадались зоологам и раньше, просто теперь удалось понять, насколько часто тот или иной тип встречается. Самым распространённым оказался горизонтальный зрачок – он есть у 78% видов, и если судить по эволюционным связям между видами, из горизонтального зрачка происходит большинство других форм зрачков.
От формы зрачка зависит, сколько света попадает в глаз и под каким углом. Дело тут не только в том, какая освещённость вокруг, но и в образе жизни: карабкается ли лягушка по деревьям или живёт преимущественно на земле или в водоёме, куда откладывает яйца и т. д. Если вспомнить про млекопитающих, то мы как-то писали, что вертикальные зрачки свойственны хищникам, охотящимся из засады и активным днём и ночью, а горизонтальные можно найти преимущественно у травоядных, у которых глаза к тому же расположены по бокам головы. Что же до круглых зрачков, то они чаще всего встречаются у тех, кто в поисках еды преодолевает большие расстояния, а также у тех, кто гоняется за добычей.
Зрачки амфибий
У лягушек и жаб насчитали семь типов зрачков
У людей зрачки круглые. Если мы посмотрим на кошку, увидим, как её зрачки сужаются до вертикальных щёлок. Если выберемся за город и встретим козу, то, взглянув ей в глаза, увидим горизонтальные зрачки. Круглые, вертикальные, горизонтальные – вот, кажется, и всё. Но лягушкам и жабам этого показалось мало, и эволюция им дала целых семь зрачков – их перечисляют в своей статье в Proceedings of the Royal Society B сотрудники Естественнонаучного музея Аргентины. Они проанализировали свыше 3200 видов (что примерно соответствует 44% всех бесхвостых амфибий): кроме круглого, вертикального и горизонтального, у лягушек и жаб есть ромбоидальные зрачки, треугольные, лопастевидные и перевёрнутые лопастевидные. Вообще, все эти семь видов зрачков попадались зоологам и раньше, просто теперь удалось понять, насколько часто тот или иной тип встречается. Самым распространённым оказался горизонтальный зрачок – он есть у 78% видов, и если судить по эволюционным связям между видами, из горизонтального зрачка происходит большинство других форм зрачков.
От формы зрачка зависит, сколько света попадает в глаз и под каким углом. Дело тут не только в том, какая освещённость вокруг, но и в образе жизни: карабкается ли лягушка по деревьям или живёт преимущественно на земле или в водоёме, куда откладывает яйца и т. д. Если вспомнить про млекопитающих, то мы как-то писали, что вертикальные зрачки свойственны хищникам, охотящимся из засады и активным днём и ночью, а горизонтальные можно найти преимущественно у травоядных, у которых глаза к тому же расположены по бокам головы. Что же до круглых зрачков, то они чаще всего встречаются у тех, кто в поисках еды преодолевает большие расстояния, а также у тех, кто гоняется за добычей.