Мухи — очень распространенные насекомые, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Они могут быть надоедливыми вредителями, переносчиками болезней и загрязнять пищу. Но, несмотря на их повсеместное распространение, многие люди не знают многого об анатомии и физиологии мух. Один из распространенных вопросов: у мух всего 2 глаза, как у нас, людей, или у них тысячи крошечных глаз? Ответ на этот вопрос на удивление сложен и раскрывает некоторые увлекательные факты о том, как работает зрение мух.
Мухи относятся к отряду двукрылых, в который входят комары, мошки и мошки. У них одна пара крыльев, а вторая пара превратилась в небольшие булавовидные органы равновесия, называемые жужжальцами. У мух большие сложные глаза, хоботковый ротовой аппарат и трехсегментное тело с тремя парами ног. Существует более 120 000 известных видов мух.
Обыкновенная комнатная муха имеет научное название Musca domestica. Домашние мухи вырастают примерно до 1?4 дюйма (6 мм) в длину. У них серо-коричневая грудь, светло-серое брюшко и красные глаза. Самка домашней мухи спаривается только один раз в жизни. Она может отложить до 500 яиц несколькими партиями. Из яиц вылупляются личинки (личинки), которые питаются и растут в течение 4-6 дней, прежде чем окукливаются. Весь жизненный цикл может быть завершен всего за 8-12 дней в зависимости от температуры.
Мухи оснащены двумя большими сложными глазами, которые занимают большую часть головы. Каждый глаз имеет сферическую форму и состоит из тысяч более мелких глаз, называемых омматидиями. Каждый омматидий содержит линзу и светочувствительные клетки, которые функционируют как один пиксель в цифровом изображении. Информация от всех омматидиев интегрируется в мозг мухи, чтобы создать одно составное зрительное изображение.
Так что в этом смысле у мух действительно есть тысячи крошечных глаз, работающих вместе, чтобы видеть мир. Но у них всего два сложных глаза, а не несколько простых глаз, разбросанных по всему телу. Некоторые насекомые, такие как пауки, имеют кластеры более мелких простых глаз в дополнение к своим основным глазам.
Сложные глаза дают мухам некоторые визуальные преимущества:
Однако есть и некоторые компромиссы, включая более низкое разрешение и неспособность видеть мелкие детали по сравнению с человеческими глазами. Омматидии имеют фиксированные фокусные расстояния и не приспосабливаются к объектам на разных расстояниях, как наши глаза. Но преимущества перевешивают ограничения для целей мух.
Каждый омматидий в глазу мухи содержит следующие компоненты:
Хрусталик, роговица, кристаллический колбочек и рабдом составляют оптический аппарат каждого омматидия. Пигментные клетки изолируют единицы для поддержания разрешения. Каждый омматидий функционирует как независимая пиксельная зрительная единица. Их совокупное воздействие делает мух чувствительными к быстрому движению во всех направлениях.
| Виды мух | Омматидии на глаз |
|---|---|
| Обыкновенная комнатная муха | 3000-4000 |
| Фруктовая муха | 700 |
| Муха-падь | 6000 |
| Слепень | 11 000 |
Различные виды мух могут иметь от нескольких сотен до более 25 000 отдельных омматидиев на сложный глаз. В целом, у более крупных мух больше омматидиев, что максимально увеличивает их зрительные возможности.
Плотность и распределение омматидиев также варьируются. Их больше спереди и по бокам, чтобы усилить периферическое зрение. В областях, обращенных вниз, их часто меньше. У некоторых мух даже есть половой диморфизм глаз, адаптированный к поведению самцов и самок. Поэтому природа настраивает глаза мух сложными способами.
Омматидии не просто функционируют независимо. Их коллективный ввод интегрируется зрительными долями в мозге мухи. Эта обработка генерирует связные изображения, узнаваемые мухой.
Специальные нейроны помогают мухам преуспевать в выполнении ключевых визуальных задач, таких как:
У мух есть специализированная нейронная проводка, оптимизирующая их для их воздушного образа жизни. Это позволяет им летать с большой ловкостью и осознанностью.
Зрение мухи позволяет ей выполнять быстрые маневры уклонения и крутые повороты. Преследуя добычу или спасаясь от угроз, муха может изменить направление всего за 30-50 миллисекунд. Его сложные глаза обнаруживают изменения на большой площади, что позволяет быстро реагировать.
У мух есть дополнительные адаптации, которые улучшают их навыки высшего пилотажа:
Вместе с его специализированным зрением эти особенности позволяют мухам выполнять воздушные трюки, бросающие вызов гравитации, которые выходят за рамки возможностей любого человеческого самолета.
Ученые изучали сложные глаза и неврологию мух, чтобы понять, как они контролируют такой быстрый и непредсказуемый полет. Исследователи могут наблюдать за поведением мух, используя видеосъемку и 3D-отслеживание движения:
Изучение точной механики их тела и времени реакции в ответ на визуальные стимулы показывает, как зрение двукрылых способствует их маневренности в полете. Эти идеи также вдохновляют на достижения в таких областях, как робототехника и технология беспилотников.
Сложные глаза насекомых — удивительный продукт эволюции. Впервые они появились более 500 миллионов лет назад у древних ракообразных, называемых трилобитами. Их оптическая конструкция оказалась настолько эффективной, что сохранилась у тысяч видов членистоногих.
Исследователи проследили некоторые ключевые этапы эволюции глаз двукрылых:
Сегодняшние мухи демонстрируют, как постепенные эволюционные инновации могут накапливаться в высокоадаптированных органах, таких как их сложные глаза. Они представляют собой прекрасные примеры того, как сложные биологические системы возникают в результате естественного отбора.
Так у мух два или тысячи глаз? В некотором смысле оба варианта верны. У мух два больших сложных глаза, но каждый из них состоит из тысяч микроскопических омматидиев. Вместе они обеспечивают мухам уникально специализированное зрение, оптимизированное для их воздушного образа жизни. Такое расположение обеспечивает отличное периферическое зрение и быстрое обнаружение движения, необходимое для полета. Таким образом, хотя у мух нет нескольких независимых глаз, их двойные сложные глаза функционируют посредством сложной интеграции многочисленных крошечных зрительных субъединиц. Этот удивительный дизайн глаза подчеркивает элегантность эволюционных адаптаций.