Глядя на их изображение, вы сможете убедиться, что сходство со своими прообразами у них крайне отдаленное. Это лишний пример того, как тщательно следует выбирать научные термины и как осторожно приходится толковать даже самые простые слова, если они одновременно употребляются языком науки.
Внутреннее пространство глаза между хрусталиком и сетчаткой заполнено особым прозрачным веществом, называемым стекловидным телом.
Размеры светочувствительных клеток очень малы. Диаметр палочки примерно равен 0,002 миллиметра (2 микронам), ее длина около 0,06 миллиметра (60 микронов). Диаметр колбочки несколько больше, в среднем 0,005 миллиметра (5 микронов), а длина — 0,07 миллиметра (70 микронов).
В процессе эволюционного развития глаза, который впервые зародился у живых существ, населявших океан, первыми светочувствительными клетками были палочки. Они давали возможность морским животным видеть в глубинах вод, где есть лишь рассеянный солнечный свет, проникающий сквозь толщу воды. Колбочки появились гораздо позже, лишь после того, как живые существа стали приспосабливаться к жизни на суше.
В палочках содержится особое вещество розового цвета — зрительный пурпур, или родопсин. Под воздействием света зрительный пурпур разлагается, выцветает. Этот процесс идет тем быстрее, чем больше света попадает в палочку. Когда же свет прекращает действие, родопсин снова восстанавливает свои первоначальные свойства. Разложение родопсина представляет собой сложную фотохимическую реакцию, суть которой пока не очень ясна ученым. Для нас это несущественно. Важно лишь то, что эта реакция сопровождается возникновением электрохимических потенциалов в палочке или колбочке, которые по зрительному нерву передаются в мозг. Именно эти электрические сигналы переносят в мозг информацию о свете, цвете и форме предметов. В мозгу они расшифровываются особыми органами и воспринимаются как изображение окружающего.
Совсем недавно (всего лишь в 1940 году) в колбочках было открыто светочувствительное вещество фиолетового цвета, названное иодопсином. Его назначение то же, что и у зрительного пурпура. Однако роль колбочек отличается от роли палочек.
Палочки гораздо чувствительнее колбочек. Палочки позволяют нам видеть в сумерках, при слабом освещении, но зато не дают возможности ощущать и различать цвета. Пословица недаром говорит, что «ночью все кошки серы». Это не шутка. В темноте мы действительно не различаем цветов, а можем лишь определить разницу в освещенностях: дорога светлее растущих по ее обочинам кустов, дальний лес темнее неба, однако ни зелени листьев, ни синевы небес, ни цвета дорожной пыли мы не различаем. Но стоит лишь наступить дню, как все вокруг меняется, весь мир становится ярким и красочным; вместо смутных расплывчатых контуров мы видим окружающее во всем его великолепном разнообразии. Этим мы обязаны колбочкам, именно они обеспечивают цветное зрение.
Палочек в глазу человека очень много — около 130 миллионов, приблизительно в полтора раза меньше, чем населения в СССР; колбочек значительно меньше — 7 миллионов, примерно столько же, сколько жителей в Москве. Палочки располагаются по всей поверхности сетчатки, а колбочки группируются в ее центральной части, особенно в «столице» сетчатки, в так называемом желтом пятне.
Конечно, это сравнение не стоит понимать буквально. Колбочки имеются и в других частях сетчатки, а палочки содержатся и в желтом пятне. Но если в желтом пятне преобладают колбочки, то вне его господствуют палочки. Тем не менее желтое пятно не зря сравнивалось со столицей. Оно действительно чрезвычайно важный участок ретины. Потому что только те объекты, которые проектируются на желтое пятно, видны в деталях; особенно же четко мы видим те предметы, изображение которых попадает на центральный участок желтого пятна, где расположена центральная ямка. На поверхности центральной ямки имеются только колбочки (от 30 тысяч до 50 тысяч). Что же касается участков изображения, попадающих на остальную часть сетчатки — вне желтого пятна и, особенно, центральной ямки, — то они видны значительно менее четко.
Палочки и колбочки соединяются с волокнами зрительных нервов. По ним в мозг передаются сигналы, вырабатываемые палочками и колбочками. Светочувствительных клеток в глазу 137 миллионов, волокон же в зрительном нерве всего миллион. Поэтому можно предположить, что каждое из нервных окончаний «подключено» не к одной, а к нескольким клеткам. Это — правильное предположение. В периферических частях сетчатки одно нервное волокно соединяется со многими (от 100 до 400) палочками и с несколькими находящимися в этом же месте колбочками. Зато в центральной ямке каждая колбочка соединена с отдельным нервным волокном.
Все нервные волокна сходятся в глазу к одному месту и здесь образуют миллионожильный «кабель» — ствол зрительного нерва, который «подключается» к мозгу. То место сетчатки, где нервные волокна собираются в единый пучок и откуда выходит ствол зрительного нерва, не содержит светочувствительных клеток. Здесь находится слепое пятно сетчатки. Человек не воспринимает изображений, попадающих на него. Слепое пятно довольно велико, практически не меньше желтого пятна. На его поверхности могло бы разместиться изображение 11 полных лун или пятиэтажного дома, находящегося на расстоянии в несколько сотен метров.
Интересно отметить, что мы почти никогда не ощущаем наличия в глазу такой большой слепой зоны. Только иногда, глядя в небо, мы вдруг замечаем быстро перемещающуюся черную точку. Это не самолет, не птица и вообще не какой-либо отдаленный предмет, потому что, как бы мы ни старались вглядеться в эту точку, она тотчас ускользает, что не свойственно ни одному из внешних объектов.
В наличии слепого пятна читатели могут убедиться, посмотрев на рисунок крестика и черного кружка. Надо закрыть левый глаз, а правым, не отрывая взгляда, смотреть на крестик. Затем книгу с рисунком плавно отодвигают на расстояние 20–30 сантиметров. В какой-то момент вы перестанете видеть кружок, потому что изображение его в это время попадет в область слепого пятна.
Зажмурьте левый глаз и, глядя на крестик, придвигайте и отодвигайте книгу до тех пор, пока изображение кружка не исчезнет. Это будет означать, что изображение кружка попало на слепое пятно.
Для того чтобы добиться результата, необходимы воля и некоторая тренировка.
Почему трудно провести этот опыт и почему мы не замечаем мешающего действия слепого пятна, узнаем несколько позже.
Нередко приходится слышать утверждение, что многие животные (например, собаки, коровы) не различают цветов, что мир-де представляется им бесцветным, как нам в обычном кино. Это неправильно. Колбочки не являются привилегией только человека. Все животные, в глазах которых содержатся колбочки, различают цвета.
Более того, у животных, ведущих дневной образ жизни, в сетчатке содержатся почти одни колбочки. Таковы многие птицы, в том числе куры и голуби. В сетчатке птиц желтых пятен не одно, а больше: два или даже три. Недавно ученые провели опыты и выяснили, что голубь различает цвета даже лучше, чем человек.
Этот голубь был приучен реагировать на свет только строго определенного цвета. Когда в круглом окошечке (вверху) вспыхивал световой сигнал заданного цвета, в кормушке появлялся корм. При сигналах другого цвета кормушка оставалась пустой. Голубь научился разбираться в оттенках, и оказалось, что он разбирается в них даже лучше, чем человек.
Как известно, куры устраиваются на ночлег очень рано. Если же их разбудить ночью, их поведение крайне суматошно и глупо. Часто во время ночных пожаров они даже кидаются в огонь. Теперь мы можем легко объяснить и их ранний сон, и даже противоестественную тягу к ночному огню. Это происходит потому, что глаза их содержат почти одни колбочки и поэтому слепнут с наступлением сумерек. Если же ночью испуганную курицу снять с нашеста, она будет совершенно слепа, и единственно, что она будет видеть, это огонь и наиболее ярко освещенные места. Вполне понятно, что она будет стремиться туда, где отступит ее слепота и где она не будет чувствовать себя столь беззащитной, где самый главный орган чувства, спасавший ее ранее от всех опасностей, окажется работоспособным.
Зато глаза сов, летучих мышей, которым нужно хорошо видеть в темноте, почти не содержат колбочек — все они действительно плохо различают цвета.
Правда, летучая мышь вообще мало полагается на свои глаза, и поэтому уши ей часто заменяют глаза. Во время полета летучая мышь издает очень громкий, отрывистый писк. Мы его не услышим, потому что это чрезвычайно тонкий, ультразвуковой писк, но сама мышь слышит его эхо, отражающееся от всякого рода препятствий (даже протянутой проволоки), и отлично ориентируется при полете.
Свойства человеческого глаза
Чудо чудное, диво дивное.
Свойства глаза столь поразительны, что их следовало бы воспевать поэтам. Трудно сказать, как это можно сделать, потому что хорошо понять свойства глаза можно, лишь познакомившись с числами, их характеризующими. Но это один из тех немногих случаев, когда цифры поистине поэтичны.
Человеческий глаз реагирует на световые излучения, лежащие в диапазоне волн от 380 до 770 миллимикронов. Как видно из этих цифр, самая короткая длина волны всего лишь в два раза меньше самой длинной. По аналогии со звуком, можно сказать, что диапазон воспринимаемых световых волн занимает всего лишь одну октаву (диапазон воспринимаемых звуков составляет примерно десять октав).
На краях диапазона чувствительность глаза равна нулю и плавно возрастает примерно к его центру. В дневные часы максимум чувствительности приходится на волну в 555 миллимикронов. И поэтому днем мы лучше всего видим лучи желто-зеленого цвета. Примерно на этой длине волны оказывается и максимум излучения солнца. Лучи с такой же длиной волны наиболее сильно отражаются зелеными листьями растений и травой, придавая им желто-зеленый цвет. Можно предположить, что такое совпадение не случайно и что наибольшую чувствительность на волне в 555 миллимикронов глаз приобрел в процессе эволюционного развития.