Kui kiiresti kärbes näeb? Mitu silma on kärbsel või mesilasel? Kärbeste visuaalsete võimete omadused

Hämmastav ebatavalised silmad harilikul kärbsel on!
Esimest korda said inimesed tänu saksa teadlasele Exnerile 1918. aastal maailma vaadata putuka silmadega. Exner tõestas putukatel ebatavalise mosaiiknägemise olemasolu. Ta pildistas akent läbi tulekärbse liitsilma, mis oli asetatud mikroskoobi slaidile. Fotol oli pilt aknaraamist ja selle taga katedraali udune piirjoon.

Kärbse liitsilmi nimetatakse liitsilmadeks ja need koosnevad paljudest tuhandetest pisikestest, üksikutest kuusnurksetest tahulistest silmadest, mida nimetatakse ommatiidideks. Iga ommatiidium koosneb läätsest ja külgnevast pikast läbipaistvast kristallilisest koonusest.

Putukatel võib liitsilmal olla 5000 kuni 25 000 tahku. Toakärbse silm koosneb 4000 tahust. Kärbse nägemisteravus on madal, ta näeb 100 korda hullem kui mees. Huvitav on see, et putukate nägemisteravus sõltub silma tahkude arvust!
Iga tahk tajub ainult osa kujutisest. Osad sobivad kokku üheks pildiks ja kärbes näeb ümbritsevast maailmast “mosaiikpilti”.

Tänu sellele on kärbsel peaaegu ringikujuline 360 kraadine vaateväli. Ta ei näe ainult seda, mis on tema ees, vaid ka seda, mis toimub tema ümber ja taga, s.t. suured liitsilmad võimaldavad kärbsel korraga vaadata erinevatesse suundadesse.

Kärbse silmades toimub valguse peegeldus ja murdumine nii, et maksimaalne osa sellest satub silma täisnurga all, sõltumata langemisnurgast.

Liitsilm on raster-optiline süsteem, milles erinevalt inimsilmast puudub ühtne võrkkesta.
Igal ommatidial on oma dioptrid. Muide, akommodatsiooni, lühinägelikkuse või kaugnägemise mõistet kärbsel ei eksisteeri.

Kärbes, nagu inimene, näeb kõiki nähtava spektri värve. Lisaks suudab kärbes eristada ultraviolett- ja polariseeritud valgust.

Akommodatsiooni, lühinägelikkuse või kaugnägelikkuse mõisted pole kärbsele tuttavad.
Kärbse silmad on valguse heleduse muutuste suhtes väga tundlikud.

Kärbse liitsilmade uurimine näitas inseneridele, et kärbes on võimeline väga täpselt määrama tohutul kiirusel liikuvate objektide kiirust. Insenerid on kopeerinud kärbse silmade põhimõtet, et luua kiireid andureid, mis tuvastavad lendavate lennukite kiiruse. Seda seadet nimetatakse "kärbse silmaks"

Panoraamkaamera "kärbsesilm"

École Polytechnique Fédérale de Lausanne'i teadlased on leiutanud 360-kraadise kaamera, mis võimaldab muuta pilte 3D-vormingus ilma neid moonutamata. Nad pakkusid välja täiesti uue disaini, mis on inspireeritud kärbsesilma kujundusest.
Kaamera kuju meenutab väikest oranži suurust poolkera, selle pinnal on 104 minikaamerat, mis on sarnased mobiiltelefonidesse sisseehitatud kaameratega.

See panoraamkaamera pakub 360-kraadist 3D-pilti. Kuid iga komposiitkaamerat saab kasutada eraldi, suunates vaataja tähelepanu teatud ruumipiirkondadele.
Selle leiutisega lahendasid teadlased traditsiooniliste filmikaamerate kaks peamist probleemi: piiramatu vaatenurk ja teravussügavus.

PAINDLIK KAAMERA 180 KRAADI

Illinoisi ülikooli teadlaste meeskond eesotsas professor John Rogersiga on loonud lihvitud kaamera, mis töötab putukasilma põhimõttel.
Välimuselt ja omal moel uus seade sisemine struktuur meenutab putuka silma.

Kaamera koosneb 180 pisikesest objektiivist, millest igaühel on oma fotosensor. See võimaldab kõigil 180 mikrokaameral erinevalt tavalistest kaameratest autonoomselt töötada. Kui tuua analoogia loomamaailmaga, siis 1 mikrolääts on 1 kärbsesilma tahk. Järgmisena sisenevad mikrokaamerate poolt saadud madala eraldusvõimega andmed protsessorisse, kus need 180 väikest pilti koondatakse panoraamiks, mille laius vastab 180-kraadisele vaatenurgale.

Kaamera ei vaja teravustamist, s.t. Lähedal olevaid objekte saab näha sama hästi kui kaugel asuvaid objekte. Kaamera kuju võib olla mitte ainult poolkerakujuline. Sellele võib anda peaaegu igasuguse kuju. . Kõik optilised elemendid on valmistatud elastsest polümeerist, mida kasutatakse kontaktläätsede valmistamisel.
Uus leiutis võib leida lai rakendus mitte ainult turva- ja valvesüsteemides, vaid ka uue põlvkonna arvutites.

Nii kärbestel kui mesilastel on viis silma. Kolm lihtsad silmad paiknevad pea ülaosas (võib öelda, et kroonil) ja kaks kompleksset ehk tahket asuvad pea külgedel. Kärbeste, mesilaste (aga ka liblikate, kiilide ja mõnede teiste putukate) liitsilmi uurivad teadlased entusiastlikult. Fakt on see, et need nägemisorganid on paigutatud väga huvitavalt. Need koosnevad tuhandetest üksikutest kuusnurkadest või teaduslikult öeldes tahkudest. Iga tahk on miniatuurne piiluauk, mis annab pildi objekti eraldi osast. Toakärbse keerulistel silmadel on ligikaudu 4000 tahku, töömesilasel 5000, droonil 8000, liblikal kuni 17 000 ja kiilil kuni 30 000. Selgub, et putukate silmad saadavad mitu tuhat pilti nende ajud üksikud osad objekt, mis, kuigi nad sulanduvad objekti kujutisse tervikuna, näib see objekt siiski mosaiigist.

Miks on liitsilmi vaja? Arvatakse, et nende abiga orienteeruvad putukad lennul. Kuigi lihtsad silmad on loodud läheduses asuvate objektide vaatamiseks. Seega, kui mesilase liitsilmad eemaldada või kinni katta, käitub ta nii, nagu oleks ta pime. Kui lihtsad silmad on suletud, tundub, et putukal on aeglane reaktsioon.

1,2 -Mesilase või kärbse liit (ühend) silmad
3 -kolm lihtsat mesilase või kärbse silma

Viis silma võimaldavad putukatel katta 360 kraadi st näha kõike, mis toimub ees, mõlemal küljel ja taga. Võib-olla sellepärast on nii raske märkamatult kärbsele lähedale pääseda. Ja kui mõelda, et liitsilmad näevad liikuvat objekti palju paremini kui paigal olevat, siis jääb üle vaid imestada, kuidas inimene vahel ikka ajalehega kärbest pühkida jõuab!

Tunnus putukad koos liitsilmad jäädvustage isegi väikseim kuvatav liikumine järgmine näide: Kui mesilased ja kärbsed istuvad koos inimestega filmi vaatama, siis tundub neile, et kahejalgsed vaatajad vaatavad pikka aega ühte kaadrit, enne kui järgmise juurde liiguvad. Selleks, et putukad saaksid filmi vaadata (ja mitte üksikuid kaadreid, näiteks fotot), tuleb projektorifilmi 10 korda kiiremini keerutada.

Kas peaksime putukate silmi kadestama? Ilmselt mitte. Näiteks kärbse silmad näevad palju, kuid pole võimelised lähedalt vaatama. Seetõttu avastavad nad toidu (näiteks tilga moosi) üle laua roomates ja sõna otseses mõttes vastu põrgades. Ja mesilased ei erista oma nägemise iseärasuste tõttu punast värvi - nende jaoks on see must, hall või sinine.

Vaevalt on kärbse aju suurem kui õmblusnõela auk. Kuid sellise ajuga kärbes suudab töödelda rohkem kui sada staatilist pilti (kaadrit) sekundis. Nagu teate, on inimese piirang ligikaudu 25 kaadrit sekundis. Ja kärbes leidis lihtsama ja tõhus meetod pildi töötlemine. Ja see ei saanud robootika valdkonna teadlasi huvitada.

Leiti, et kärbsed töötlevad 100 kaadrit sekundis. Ja see võimaldab neil tuvastada takistuse lennu ajal mõne millisekundi jooksul (millisekund on üks tuhandik sekundist). Eelkõige keskendusid teadlased oma tähelepanu optilistele voogudele, mida nad nimetasid "optilise välja voogudeks". Näib, et seda optilist välja töötleb ainult esimene neuronite kiht. Nad töötlevad iga kärbse "piksli" "töötlemata" allikasignaali. Ja nad saadavad töödeldud teabe järgmisele neuronikihile. Ja teadlaste sõnul on kärbse aju igas poolkeras neid sekundaarseid neuroniid vaid 60. Kärbseaju suudab aga vaatevälja vähendada või killustada paljudeks järjestikusteks “liikumisvektoriteks”, mis annavad kärbsele liikumissuuna vektori ja “hetkelise” kiiruse. Ja mis on huvitav, kärbes näeb seda kõike!

Meie, inimesed (ja mitte kõik), teame, mis on vektor ja hetkekiirus. Ja kärbsel pole neist asjadest loomulikult aimugi. Ja kärbse aju selliseid võimeid töödelda suur summa infot võib vaid kadestada. Miks me näeme ainult umbes 50 kaadrit sekundis ja kärbes 100? Raske öelda, kuid selles küsimuses on mõistlikke oletusi. Kuidas kärbes lendab? Peaaegu “kohe”, tohutu kiirendusega. Sellise ülekoormusega me vaevalt talusime. Kuid on võimalik luua robotaju, mis on infovoogude töötlemisel sama kiire kui kärbse aju.

Et mõista, kuidas pisike kärbseaju suudab töödelda nii suurt hulka teavet, on Müncheni teadlased loonud kärbse jaoks lennusimulaatori. Kärbes suutis lennata, kuid teda hoiti rihma otsas. Elektroodid registreerisid kärbse ajurakkude reaktsiooni. Ja teadlased püüdsid mõista, mis juhtub kärbse ajus lennu ajal.

Esimesed tulemused on ilmsed. Kärbsed töötlevad oma fikseeritud silmade kujutisi väga erinevalt kui inimesed. Kui kärbes liigub ruumis, tekivad tema ajus “optilised vooväljad”, mis annavad kärbsele liikumissuuna.

Kuidas inimene seda näeks? Näiteks edasi liikudes hajuvad ümbritsevad objektid koheselt külgedele. Ja vaateväljas olevad objektid tunduksid suuremad, kui nad tegelikult on. Ja tundub, et lähedalasuvad ja kauged objektid liiguvad erinevalt.

Kiirus ja suund, millega objektid kärbse silme ees vilkuvad, tekitavad tüüpilisi liikumisvektorite mustreid – väljavoogusid. Mis pilditöötluse teises etapis jõuavad nn lobulaplaadini - rohkem nägemiskeskusesse kõrge tase. Iga kärbse aju poolkera sisaldab ainult 60 närvirakud, vastutab nägemise eest. Kõik need närvirakud reageerivad ainult teatud intensiivsusega signaalile.

Kuid optiliste voogude analüüsimiseks on oluline mõlemast silmast üheaegselt tulev teave. Seda ühendust pakuvad spetsiaalsed neuronid, mida nimetatakse "VS-rakkudeks". Need võimaldavad kärbsel täpselt hinnata oma asukohta ruumis ja lennukiirust. Näib, et VS-rakud vastutavad kärbsele lennumanöövrite ajal rakendatava pöördemomendi tuvastamise ja sellele reageerimise eest.

Robootikauurijad töötavad selle nimel, et arendada roboteid, mis suudaksid jälgida keskkond digikaameraid kasutades uurige, mida nad näevad, ja reageerige asjakohaselt hetkeolukorra muutustele. Ja suhelda ja suhelda inimestega tõhusalt ja turvaliselt.

Näiteks juba käib arendus väikesel lendaval robotil, mille asendit ja kiirust hakatakse juhtima kärbse nägemust imiteeriva arvutisüsteemi abil.

Nägemisvõime maailm kogu selle värvide ja varjundite spektris - ainulaadne looduse kingitus inimesele. Värvide maailm, mida meie silmad tajuvad, on särav ja hämmastav. Kuid inimene pole ainus elusolend sellel planeedil. Kas loomad ja putukad näevad ka esemeid, värve, öökujusid? Kuidas näevad kärbsed või mesilased näiteks meie tuba või lille?

putuka silmad

Kaasaegne teadus on spetsiaalsete instrumentide abil suutnud maailma näha läbi erinevate loomade silmade. Sellest avastusest sai omal ajal sensatsioon. Selgub, et paljud meie väiksemad vennad ja eriti putukad näevad täiesti erinevat pilti kui meie. Kas kärbsed üldse näevad? Jah, aga sugugi mitte nii ja tuleb välja, et meie ja kärbsed ja muud lendavad ja roomavad olendid justkui elaksime samas maailmas, aga täiesti erinevas.

See kõik puudutab putukaid, ta pole üksi, õigemini, mitte täiesti üksi. Putuka silm on tuhandete tahkude või ommatidia kogum. Nad näevad välja nagu koonusläätsed. Iga selline ommatidia näeb pildist erinevat osa, mis on juurdepääsetav ainult talle. Kuidas kärbsed näevad? Nende vaadeldav pilt näeb välja nagu mosaiigist kokku pandud pilt või pusle.

Putukate nägemisteravus oleneb ommatiidide arvust. Kõige nähtavam on draakon, tal on ommatidia - umbes 30 tuhat. Nägitakse ka liblikaid - umbes 17 tuhat, võrdluseks: kärbsel on 4 tuhat, mesilasel 5. Kõige vaegnägija on sipelgas, tema silm sisaldab vaid 100 tahku.

Igakülgne kaitse

Teine putukate võime, mis inimestest erineb, on ümberringi nägemine. Silmalääts on võimeline nägema kõike 360 o nurga all. Imetajatest on jänesel suurim nägemisnurk - 180 kraadi. Sellepärast on teda hüüdnimi kaldus, aga mis teha, kui vaenlasi on nii palju. Lõvi ei karda vaenlasi ja tema silmad vaatavad horisondist vähem kui 30 kraadi. Väikeste putukate puhul kompenseeris loodus vähese kasvu võimalusega näha kõiki, kes neile ligi hiilivad. Mis veel erineb? visuaalne taju putukad, on pildi muutumise kiirus. Kiire lennu ajal õnnestub neil märgata kõike seda, mida inimesed sellise kiirusega ei näe. Näiteks kuidas kärbsed telerit näevad? Kui meie silmad oleksid nagu kärbsel või mesilasel, oleks meil vaja filmi kümme korda kiiremini keerutada. Kärbest on peaaegu võimatu tagant kinni püüda, ta näeb käelööki kiiremini, kui see juhtub. Inimene tundub putukale aeglase kilpkonnana ja kilpkonn üldiselt liikumatu kivina.

Vikerkaare värvid

Peaaegu kõik putukad on värvipimedad. Nad eristavad värve, kuid omal moel. Huvitav on see, et putukate ja isegi mõnede imetajate silmad ei taju punast üldse või näevad seda sinise või violetsena. Mesilasele näevad punased õied mustad. Taimed, mis vajavad mesilaste tolmeldamist, ei õitse punaselt. Enamus erksad värvid sarlakpunane, roosa, oranž, burgundia, kuid mitte punane. Need haruldased, kes lubavad endale punast riietust, tolmeldavad teistmoodi. Selline on suhe looduses. Raske on ette kujutada, kuidas teadlastel õnnestus välja mõelda, kuidas kärbsed ruumi värve näevad, kuid selgub, et nende lemmikvärv on kollane ning sinine ja roheline ärritavad neid. Niisama. Et teie köögis oleks vähem kärbseid, peate selle lihtsalt õigesti värvima.

Kas kärbsed näevad pimedas?

Kärbsed, nagu enamik lendavaid putukaid, magavad öösel. Jah, jah, nad vajavad ka und. Kui kärbest pidevalt minema ajada ja kolm päeva magada ei lasta, siis ta sureb. Kärbsed näevad pimedas halvasti. Need on ümarate silmadega, kuid lühinägelikud putukad. Nad ei vaja toidu leidmiseks silmi.

Erinevalt kärbestest näevad töömesilased öösel hästi, mis võimaldab neil töötada ka öövahetuses. Öösiti lõhnavad õied intensiivsemalt ja konkurente on nektarile vähem.

Nad näevad öösel hästi, kuid pimedas nägemise vaieldamatu liider on Ameerika prussakas.

Üksuse kuju

Huvitav on eseme kuju tajumine erinevate putukate poolt. Spetsiifilisus seisneb selles, et nad ei pruugi üldse tajuda lihtsaid vorme, mis pole nende elujõulisuseks vajalikud. Mesilased ja liblikad ei näe objekte lihtsad kujundid, eriti need, kes on liikumatud, kuid neid köidab kõik, mis on keerulised kujundid lilled, eriti kui nad liiguvad ja kõikuvad. See seletab eelkõige asjaolu, et mesilased ja herilased nõelavad liikumatult seisvat inimest harva ja kui nõelab, siis rääkimise (huuli liigutamise) ajal huulte piirkonnas. Kärbsed ja mõned teised putukad ei taju inimest, nad istuvad tema peal lihtsalt toitu otsides, mida otsivad lõhna järgi ja näevad käppadel olevate andurite abil.

Putukate nägemise üldised tunnused

Ainult liblikad suudavad eristada punast värvi - nad tolmeldavad haruldased lilled selline vahemik.
Kõigil silmadel on tahk struktuur, erinevus seisneb ommatidia arvus.
Trikromaasia ehk võime muuta värvid kolmeks põhivärviks: violetseks, roheliseks ja ultravioletseks.
Oskus murda ja peegeldada valguskiired ja näha kogu pilti ümbritsevast reaalsusest.
Võimalus vaadata pilte, mis muutuvad väga kiiresti.
Putukad saavad mööda navigeerida päikesevalgus, nii et ööliblikad kogunevad lambi juurde.
Binokulaarne nägemine aitab putukamaailma kiskjatel täpselt määrata kaugust oma saagiks.