Почему форма зрачков у животных бывает разной
Вы наверняка замечали, что зрачки у животных могут быть совершенно разных форм: от узких и вертикальных до горизонтальных и щелевидных. С чем же это связано?
Теги:Собаки
Животные
Интересные факты
Кошки
Unsplash
Форма и вид зрачков животных напрямую связаны с тем, как они питаются, где живут и, если они хищники, как охотятся. Многое также зависит от эволюционного прошлого конкретного зверя.
Содержание статьи
Вертикальные зрачки
Согласно научным исследованиям, удлиненные зрачки помогают животным подстроить глаза под количество света вокруг. Например, сужение зрачка в щель позволяет изменять его площадь в 135 раз, в то время как круглый зрачок может менять размер своего отверстия лишь в 15-кратном диапазоне. Таким образом, щелевидные зрачки необходимы животным, которые активны и днем и ночью, так как эта особенность позволяет им намного лучше видеть в условиях низкой освещенности.
Вертикальные щелевидные зрачки, как правило, характерны для мелких хищников, которые охотятся, нападая из засады. К ним относятся небольшие кошки, лисы, крокодилы и другие животные. Такая форма зрачка также помогает сфокусировать взгляд на добыче, не двигать головой, выдавая свое присутствие, и очень точно оценить короткое расстояние до жертвы, чтобы правильно рассчитать прыжок.
Круглые зрачки
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕВертикальные зрачки – привилегия хищников, но далеко не всех из них. К примеру, у кошек, лис и змей вертикальные зрачки, в то время как у волков, львов и собак они круглые. Почему? Все дело в разных способах охоты.
Более крупным хищникам, которые преследуют жертву в основном днем и охотятся стаями, не нужно ждать добычу в засаде, они нападают практически сразу.
Круглая форма зрачков обычно характерна для тех хищников, чьи глаза располагаются высоко над землей.
Круглые зрачки не гарантируют такого точного зрения, как некоторые другие формы зрачков, но это компенсируется размером и силой их владельцев, возможностью охотиться стаями или интеллектом животных, что помогает им преодолеть любые ограничения из-за круглых зрачков.
Горизонтальные зрачки
У пасущихся или травоядных животных, к примеру, у антилоп, овец, коз и лошадей, зрачки горизонтальные и прямоугольные. Такая форма позволяет им получать максимум света спереди и сзади и обеспечивает панорамное зрение, благодаря чему они могут вовремя обнаружить потенциальных хищников. Кроме того, глаза у них расположены по бокам головы.
Ученые выявили еще один интересный факт — когда пасущиеся животные с горизонтальными зрачками наклоняют голову вниз, их глаза поворачиваются почти на 50°, так что зрачок остается параллельным земле.
Расположение глаз и форма зрачка позволяют животным видеть как спереди, так и сзади своего тела. Эти особенности также обеспечивают им хорошее фронтальное зрение, благодаря чему они могут заметить какие-либо препятствия при бегстве от хищников.
Почему у животных зрачки разной формы? — Троицкий вариант — Наука
У одних существ зрачки круглые, у других вытянуты вертикально, как мяч для регби, а у многих — узкие щелочки.
Принято считать, что вертикальные щелевидные зрачки возникли как адаптация к ночному образу жизни, поскольку позволяют защитить чувствительную сетчатку от слепящего дневного света. Круглые зрачки сжимают кольцевые мышцы, а щелевидный снабжен двумя дополнительными мышцами, стягивающими отверстие в поперечном направлении, благодаря чему щелевидный зрачок можно сузить сильнее, чем круглый. Домашняя кошка и геккон, животные с вертикальными зрачками, могут изменить их площадь в 135 и 300 раз соответственно, а человек — только в 15.
Специалисты Сиднейского университета усомнились в общепринятой гипотезе [1]. По их мнению, хорошо сжимаемый зрачок полезен скорее не ночным животным, а полифазным, то есть активным и ночью и днем. Кроме того, для хорошего ночного видения важен не столько просвет зрачка, сколько некоторые морфологические особенности глаза и строение сетчатки. У ночных животных она состоит в основном из чувствительных палочек, позволяющих видеть при низкой освещенности, а у дневных животных — из колбочек, обеспечивающих цветное зрение при ярком свете.
Ученые предположили, что эволюции вертикальной формы зрачка способствовали полифазная активность и охота из засады.
В пользу охоты у исследователей было два аргумента. Узкие вертикальные зрачки днем проецируют на сетчатку более резкое изображение горизонтальных линий, чем круглые, а для животных, ожидающих в засаде, очень важно отслеживать движения в этой плоскости. Также вертикальная щель зрачка маскирует глаз, зрительно разбивая его круглую форму, и выполняет роль камуфляжа, что полезно большинству хищников.
Свои предположения исследователи проверили на 127 видах австралийских змей. Они изучили фотографии рептилий, музейные образцы и описания образа жизни и соотнесли форму зрачков со способом охоты и временем суточной активности животных.
Оказалось, что большинство австралийских змей с вертикальными зрачками охотятся из засады по ночам, а змеи с круглыми зрачками ведут дневной образ жизни и активно ищут добычу. При этом способ охоты влияет на форму змеиных зрачков в большей степени, чем время активности, поскольку многие активно охотящиеся круглозрачковые змеи не ведут дневного образа жизни, как можно было бы ожидать.
Поскольку вертикальные зрачки позволяют более четко видеть в широком диапазоне освещенности, исследователи предположили, что они встречаются преимущественно у полифазных видов, однако это — приспособление ночных змей. Возможно, ночным рептилиям приходится иногда и днем бодрствовать. Кроме того, время активности змей могли определить неправильно: для этого их нужно сначала отыскать, когда они лежат в засаде, что непросто.
Австралийские ученые допустили, что обнаруженные ими закономерности справедливы не только для змей, и призвали коллег продолжить исследования зрения позвоночных. Эстафету приняли специалисты Даремского университета (Англия) и Калифорнийского университета в Беркли (США). В статье с абсолютно киплинговским названием «Почему у животных зрачки разной формы» они прежде всего опровергли данные австралийцев о том, что вертикальный зрачок увеличивает глубину резкости горизонтальных линий. На самом деле глубина резкости в этом случае выше для вертикальных линий. Но даже не будь этой ошибки, гипотеза австралийских исследователей не объясняет, почему у одних животных щелевидные зрачки вертикальные, а у других — горизонтальные.
Очевидно, их ориентация также важна для каких-то неизвестных целей.
Чтобы выяснить, для каких именно, исследователи проанализировали сведения о форме зрачка, суточной активности и способе питания 214 видов животных: австралийских змей, описанных в предыдущем исследовании, представителей семейств кошачьих и псовых, гиен, виверровых, парнокопытных и непарнокопытных. Они обнаружили достоверную связь между формой зрачка и экологической нишей животных (рис. 1). Горизонтальные зрачки почти всегда принадлежат травоядным пастбищным животным, таким как овцы и козы, у которых глаза расположены по бокам головы. У полифазных хищников, преследующих жертву, зрачки круглые. Животные с вертикально вытянутыми зрачками, как правило, охотятся из засады, и глаза у них расположены фронтально.
Рис. 1. Форма зрачков соответствует времени суточной активности и способу питания (Banks et al., 2015)У домашних кошек, устраивающих засаду на мышей, зрачки вертикальные, у кошачьих, которые активно охотятся, — круглые.
Вертикальные зрачки у лисицы, которая подкрадывается к добыче, но круглые — у волка, загоняющего жертву. Закономерности, обнаруженные учеными, позволяют на основании образа жизни животного предсказывать форму его зрачков.
Очевидно, преимущества вертикальной или горизонтальной ориентации щелевидных зрачков связаны с экологической нишей, которую занимает животное. Исследователи разработали компьютерную модель глаз, имитирующую появление изображения при разной форме зрачков.
Рис. 2. Фотография сделана камерой с вертикальной щелевидной апертурой, сфокусированана игрушечной птичке, так что
ближние и дальние объекты размыты, но вертикальные линии видны более четко, чем горизонтальные (Banks et al., 2015)
Если смотреть на мир сквозь вертикальную щель, вертикальные линии выглядят более резкими, чем горизонтальные (рис. 2). Засадным хищникам с глазами, расположенными фронтально, проще оценить расстояние до жертвы и ее горизонтальное смещение, то есть движение, именно по вертикальным линиям.
Расчеты показали, что увеличение резкости вертикальных объектов, находящихся на земле, проявляется лишь в том случае, когда глаза близко к поверхности, поэтому вертикальными щелками имеет смысл обзаводиться невысоким животным. И действительно, из 65 проанализированных видов засадных хищников с фронтально расположенными глазами 44 имеют вертикальные зрачки, из них 36 видов (авторы подсчитали, что это 82%) ниже 42 см в плече. Среди 19 засадных хищников с круглыми зрачками таких низких только три вида (17%).
У травоядных свои проблемы. Они должны контролировать окрестности, вовремя заметить хищника и, если что, убежать. Их глаза расположены по бокам головы, благодаря чему животные имеют широкий панорамный обзор и вовремя замечают опасность. Кроме того, впереди у них узкая полоса бинокулярного зрения, поэтому они хорошо видят дорогу, когда спасаются от хищника по пересеченной местности. Но бежит животное или осматривается, его основное внимание обращено на землю.
Горизонтальные зрачки увеличивают количество света, поступающего спереди и с боков, но сокращают его количество сверху и снизу.
Эта особенность способствует панорамному обзору и помогает заметить потенциального хищника, крадущегося по земле. Горизонтальные зрачки также повышают качество изображения горизонтальных планов, что улучшает зрение на уровне земли и создает преимущество при быстром беге.
Однако травоядные не только оглядывают окрестности, но и пасутся, постоянно наклоняясь к земле. Не теряют ли они при этом преимущества, которые дает им горизонтальный зрачок? Оказывается, нет. Когда животные наклоняются, их глаза поворачиваются так, что зрачки сохраняют горизонтальную ориентацию, при любом положении головы они параллельны земле. Чтобы выяснить, как возникали зрачки определенной формы в процессе эволюции, ученые проанализировали филогенетические древа нескольких семейств. У змей семейства аспидовых вертикальные щелевидные зрачки возникали независимо по крайней мере дважды.
Предок кошачьих был ночным или полифазным засадным хищником с вертикальными щелевидными зрачками. В процессе эволюции у видов семейства от двух до четырех раз независимо возникали вертикально вытянутые зрачки и шесть раз — круглые.
Форма зрачков у кошачьих коррелирует главным образом с суточной активностью и в гораздо меньшей степени — с типом охоты, однако и разнообразие стратегий питания в этом семействе невелико.
Общий предок псовых имел вертикально вытянутые зрачки и охотился из засады. Щелевидные и круглые зрачки в ходе эволюции появлялись дважды, их форма зависит и от времени активности, и от способа охоты. Таким образом, форма зрачка независимо изменялась несколько раз в соответствии с экологической нишей, которую занимал вид, а не потому, что животные с разной формой зрачков ведут род от разных предков.
Исследователи признают, что не всем феноменам они нашли объяснение. Например, у хищных мангустов с фронтально расположенными глазами горизонтальные зрачки; у гекконов громадные круглые зрачки, которые, сжимаясь, превращаются в вертикальные щелочки с несколькими маленькими круглыми отверстиями; у каракатицы щелевидный изогнутый зрачок, напоминающий вытянутую по горизонтали букву W, ночью он округляется (рис.
3). Так что ученым предстоит интересная работа.
1. Brischoux F., Pizzatto L., Shine R. Insights into the adaptive significance of vertical pupil shape in snakes // Journal of Evolutionary Biology. 2010. 23(9). P. 1878–1885. doi:10.1111/j.1420-9101.2010.02046.x.
2. Banks M. S., Sprague W. W., Schmoll J., Parnell J. A. Q., Love G. D. Why do animal eyes have pupils of different shapes? // Sci. Adv. 2015. 1:e1500391
См. также:
Новое исследование показывает, почему у некоторых животных вертикальные зрачки | Биология
Согласно исследованию 214 видов наземных животных, опубликованному в журнале Science Advances , экологическая ниша животного является сильным предиктором формы зрачка.
Исследование предполагает, что учащиеся могут определить, является ли человек охотником или объектом охоты.
Изображение предоставлено: Ягуар Тамбако / CC BY-ND 2.0.
Виды со зрачками в виде вертикальных щелей с большей вероятностью будут хищниками, активными как днем, так и ночью.
Напротив, те, у кого горизонтально вытянутые зрачки, скорее всего, являются травоядными существами с глазами по бокам головы.
Круглые зрачки были связаны с активными собирателями или животными, преследующими свою добычу.
Чтобы объяснить, почему горизонтально вытянутые зрачки, за редким исключением, соответствовали пасущимся хищным животным, таким как овцы, олени и лошади, авторы исследования — профессор Мартин Бэнкс из Калифорнийского университета в Беркли и соавторы — обратились к компьютерным моделям. изучить влияние различных форм зрачков.
Ученые обнаружили, что горизонтальные зрачки расширяют эффективное поле зрения. При горизонтальном растяжении зрачки выравниваются с землей, получая больше света спереди, сзади и по бокам.
Ориентация также помогает ограничить количество ослепительного света от солнца сверху, чтобы животное могло лучше видеть землю.
«Первое ключевое требование к зрению для этих животных — обнаруживать приближающихся хищников, которые обычно появляются с земли, поэтому им необходимо панорамное зрение на земле с минимальными слепыми зонами. Второе важное требование заключается в том, что, как только они обнаруживают хищника, им нужно видеть, куда они бегут. Они должны достаточно хорошо видеть краем глаза, чтобы быстро бегать и перепрыгивать предметы», — объяснил профессор Бэнкс.
Но что происходит с этой ориентацией, когда животное опускает голову, чтобы пастись? Если бы зрачок следовал за шагом головы, он стал бы более вертикальным.
«Чтобы проверить это, я провел несколько часов в зоопарке Окленда, часто в окружении школьников во время экскурсий, наблюдая за разными животными. Конечно же, когда козы, антилопы и другие пасущиеся животные опускают голову, чтобы поесть, их глаза вращаются, чтобы поддерживать горизонтальное положение зрачков относительно земли», — сказал профессор Бэнкс.
«Глаза пасущихся животных могут вращаться на 50 или более градусов в каждом глазу, что в 10 раз больше, чем у человеческих глаз».
Для хищников из засады с вертикальными зрачками ученые отметили важность точного измерения расстояния, которое потребуется животным, чтобы наброситься на свою добычу.
Они определили три признака, обычно используемые для измерения расстояния: стереопсис; параллакс движения, при котором более близкие объекты перемещаются дальше и быстрее в поле нашего зрения; и размытие, при котором объекты на разном расстоянии не в фокусе.
Они исключили параллакс движения как фактор, поскольку для использования этого сигнала потребовалось бы движение головы, которое могло бы определить положение хищника.
«Остальные два сигнала, бинокулярное несоответствие и размытие, работают вместе с вертикально вытянутыми зрачками и передними глазами», — сказали ученые.
«Бинокулярное зрение лучше работает при оценке различий, когда контуры вертикальны, а объекты находятся на расстоянии, в то время как размытие вступает в игру для горизонтальных контуров и целей ближнего поля.
Зрачки с вертикальным разрезом максимизируют оба сигнала».
Однако вертикальные зрачки неравномерно распределены среди хищников из засады.
«Удивительно, что мы заметили в этом исследовании: щелевидные зрачки были связаны с хищниками, которые находились близко к земле. Таким образом, у домашних кошек есть вертикальные прорези, а у более крупных кошек, таких как тигры и львы, их нет. Их зрачки круглые, как у людей и собак», — сказал соавтор исследования доктор Уильям Спраг из Калифорнийского университета в Беркли.
Среди 65 хищников, участвовавших в исследовании, у 44 были вертикальные зрачки, а у 82 процентов из них высота плеч была менее 16,5 дюймов (42 см).
Вертикальные зрачки увеличивают способность мелких животных определять расстояние до добычи.
Команда объяснила это, подсчитав, что сигналы глубины резкости, основанные на размытии, более эффективны для оценки расстояния для невысоких животных, чем для высоких.
_____
Мартин С.
Бэнкс и др. . 2015. Почему в глазах животных зрачки разной формы? Научные достижения , том. 1, нет. 7, е1500391; doi: 10.1126/sciadv.1500391
Почему у разных животных зрачки разной формы?
01 июля 2021
Автор: Кейт Грин
Если вы в свое время внимательно смотрели в глаза своему любимому котенку или смотрели пару документальных фильмов о животных, вы, вероятно, замечали, что существует множество различных форма зрачка в животном мире. Зрачок представляет собой черный центр глаза и у человека круглый. Это часть глаза, которая пропускает свет к сетчатке и контролирует уровень света, попадающего в глаз. В ярких условиях зрачок обычно сужается, пропуская меньше света, а в более темных условиях он расширяется, пропуская больше света, оптимизируя наше зрение и защищая наши глаза.
Какие существуют формы зрачков?
У разных животных зрачки разной формы по причинам, которые мы рассмотрим далее в этой статье.
Различные формы зрачков, встречающиеся в животном мире, включают:
- Круглый
- Горизонтальные прорези
- Вертикальные прорези
- W-образный
- Полумесяц
Примеры животных с круглыми зрачками включают людей, собак и крупных диких кошек, таких как львы и тигры. Зрачки с горизонтальной щелью обычно встречаются у животных-жертв, таких как лошади и овцы, тогда как зрачки с вертикальной щелью типичны для более мелких охотничьих существ, таких как кошки, лисы и змеи. W-образные зрачки есть только у каракатиц, а зрачки в форме полумесяца встречаются у морских обитателей, таких как скаты, сомы и камбалы.
Как стиль охоты животного влияет на форму зрачка?
Эволюционный путь животного и то, как оно охотится за едой или защищается от хищников, оказывает огромное влияние на форму зрачка, к которой оно эволюционировало с годами.
Как правило, животные-жертвы, как правило, имеют горизонтальные щели зрачков , что обеспечивает более широкое поле зрения и дает им преимущество в обнаружении приближающихся к ним хищников.
Это можно найти у таких существ, как козы или антилопы, которые должны четко осознавать свое окружение и быть готовыми к бегу в любое время. Хотя более широкое поле зрения означает, что их зрение не такое острое, компромисс, безусловно, того стоит, когда дело доходит до обнаружения хищников, тем самым сохраняя их жизни. Некоторые рептилии и амфибии, такие как лягушки и змеи, также имеют горизонтальные щели зрачков, что особенно полезно для них, поскольку они проводят время на земле, высматривая хищников вверх.
На противоположной стороне животного мира хищных животных обычно имеют вертикальные щелевидные зрачки . Это особенно характерно для мелких хищных животных, которые охотятся близко к земле, например, домашние кошки, ищущие мышей, или лисы, преследующие кроликов и грызунов. Вертикальные зрачки дают четко сфокусированное зрение и обеспечивают точное зрение вдаль, помогая хищнику точно знать, когда атаковать свою добычу. Эти типы более мелких хищных животных также обычно охотятся ночью, а это означает, что у них развился дополнительный набор мышц, чтобы днем стягивать зрачок в узкую щель.
Крупные животные и сильные хищники , такие как львы, волки и даже люди, обычно имеют круглых зрачка . Круглый зрачок характерен для животных, которые охотятся высоко над землей, передвигаются стаями и обладают интеллектом — все эти атрибуты применимы и к людям! Мы и другие хищники, такие как собаки и дикие кошки, не можем сжимать наши зрачки так сильно, как животные с щелевидными зрачками, поэтому мы не так хорошо справляемся с внезапными изменениями освещения. Тем не менее, у нас есть даже фокусировка по всему полю зрения, что помогает при осмотре нашего окружения.
Зрачки в форме полумесяца
Форма зрачка обеспечивает широкое поле зрения, помогая при поиске как хищников, так и добычи. Однако наиболее примечательной особенностью формы полумесяца является то, что она уменьшает эффекты искажения света водой, предоставляя рыбе и скатам-скатам, которые извлекают выгоду из зрачков в форме полумесяца, с огромным преимуществом.
Подобно серповидным зрачкам, еще одним явлением, когда речь идет о форме зрачков у морских существ, является W-образный зрачок каракатицы ( см. изображение заголовка этого сообщения в блоге для примера! ). Предполагается, что они могли развиться из зрачков горизонтальной формы, но могут открываться в более темных условиях, например, когда рыба находится глубже в воде или в ночное время. Зрачок такой уникальной формы позволяет свету проникать в глаз под разными углами и обеспечивает отличное зрение под водой. Подобно преимуществам зрачков в форме полумесяца, о которых говорилось выше, зрачки в форме буквы W уменьшают эффекты любых визуальных искажений, вызванных водой, а также повышают контрастность изображения и зрение вдаль.