Written by Nancy Miorelli

ochii sunt structuri remarcabile care au evoluat independent de cel puțin trei ori. Cel mai evident avantaj al ochilor este că ne ajută să înțelegem lumea din jurul nostru absorbind ceea ce este în esență date, pe care creierul nostru le decodează apoi pentru a ne spune că vine un autobuz și să ne dăm la o parte.

Ei bine, lucru despre evolutie este ca nu trebuie sa functioneze perfect – doar suficient de bun, ca student C perfect medie. Eficacitatea generală și modificările ulterioare ale ochiului compus sunt rezumate foarte bine de Nilsson.

este doar o mică exagerare să spunem că evoluția pare să ducă o luptă disperată pentru a îmbunătăți un design practic dezastruos.

Nilsson 1989

deci, beneficiul pe care ochiul compus îl oferă muștei este că musca poate vedea. Acesta permite zbura știu dacă ceva vine spre ea, în cazul în care zbura este poziționat în mediul său, ceea ce este acolo, și spune zbura că se mișcă în raport cu alte lucruri.

dar eu sunt presupunând că nu este *într-adevăr* ceea ce întrebarea se cere. Deci, să luăm câteva lucruri din drum înainte de a vorbi despre ceea ce fac ochii compuși și despre unele modificări pe care muștele le-au făcut de-a lungul anilor.

1. evolutia nu este pretentios despre cum lucrurile se fac. Deci, organele de detectare a luminii apar și rămân în jur, deoarece organismele care le au, de obicei, devin mai puțin moarte decât lucrurile care nu.
2. asta este, desigur, dacă organismul are nevoie să vadă. Ochii sunt de obicei primele lucruri care dispar dacă locuiți în peșteri. Sau dacă ești un vierme de muște care își investește primele zile se confruntă mai întâi mâncând cadavre putrezite.
   

   sunt un vierme și nimic mai mult decât un sistem digestiv respirator.
   PC: CedricDW (CC by SA 3.0)

3. nu sunt doar muștele care au ochi compuși. Toate insectele care au ochi au ochi compuși. Multe insecte trișează și au atât receptori simpli de detectare a luminii, cât și ochi compuși.
   

   Acest Dobsonfly are atât ochi compuși, cât și ocelli. (Neuroptera: Corydalidae)
   PC: Nancy Miorelli

4. există aproximativ 150.000 de specii descrise de muște adevărate descrise (Diptera) cu un număr total estimat de specii de muște la aproximativ 240.000. Deci, acest lucru va fi foarte generalizat și nu cuprinde deloc fiecare organism.

deci, să vorbim despre ochiul compus și despre modul în care insectele și muștele în mod specific l-au adaptat pentru a se potrivi nevoilor specifice.

ochiul compus nu este nimic ca ochiul uman. Avem două globuri oculare și în fiecare avem o lentilă care focalizează imaginea pe retina noastră. Conurile ne ajută să vedem culoarea și tijele ne ajută să vedem în întuneric. Nervul optic este cablul care trece de la Globul ocular – Centrul de date – la creierul nostru – interpretul. Este greu să vorbim despre ceea ce rezoluția ochiului uman este de fapt pentru o mulțime de motive (whichvsauce explică mai jos). Practic, rezoluția este destul de bună și, toate lucrurile luate în considerare, nu necesită atât de mult spațiu fizic pentru a produce.

ochiul compus este alcătuit din multe „ommatidia”, unitățile de bază din care este compus ochiul insectelor. Fiecare este un fel de glob ocular în faptul că are o lentilă care focalizează lumina și are pigmenți (opsini) pentru detectarea culorii. Un avantaj al acestui sistem este că imaginea este proiectată în fiecare ommatidum partea dreaptă în sus, spre deosebire de ochii noștri. Insectele cu ochi mari, globulari au practic o vedere panoramică de 360 asupra lumii și nu trebuie să întoarcă capul pentru a obține un sentiment al mediului lor. Această configurație, pentru majoritatea insectelor, elimină punctele oarbe evidente și face parte din motivul pentru care muștele te pot vedea venind și evită încercările tale nereușite de swatting.

muștele fac un sistem rău mai bun

rezoluția ochiului compus se realizează în moduri diferite.

1. puteți adăuga doar mai multe unități. Asta este practic ceea ce a făcut dragonfly cu toate cele 30.000 de ommatidii pe care le are. Unele insecte subterane au doar 20.
2. puteți face unități mai mari.
3. puteți modifica unitățile. Acest lucru a fost făcut în câteva grupuri și există cu siguranță unele compromisuri.

muștele care se bazează foarte mult pe viziunea lor, în cea mai mare parte, au încasat toate opțiunile. Muștele de casă (Musca domestica) au o cantitate moderată de ommatidia, dar masculii au mai multe ommatidia (~3.500) decât femelele (~3.400) și ochii mai mari, sugerând că vederea joacă un rol important în determinarea partenerului. De fapt, acest model este ușor de văzut în alte două familii de muște, muștele de carne (Sarcophagidae) și muștele de lovitură (Calliophoridae). Muștele de casă se aflau la capătul inferior al spectrului, cu unele fișiere de lovitură care se apropiau de ~5.500 de albine de miere ommatidia au. Deși nu sunt cei 30.000 pe care îi au libelulele, fiecare ommatidium al unei muște de casă, al unei muște de carne sau al unei muște de suflare este mai mare decât cel al unei libelule. În plus, încă mai au mult mai mult decât cei 2.000 de gândaci americani și cei 800 pe care îi au Drosophila. Așa că o vom numi o cale de mijloc frumoasă.

toate muștele au un rabdom în fiecare ommatidium. Aceasta este practic ceea ce face „a vedea” într-o insectă. Lumina este focalizată prin lentilă și pe rabdom și sunt stimulate fotopigmentele. În majoritatea ochilor insectelor, fiecare ommatidium acționează ca un singur „pixel” pe care insecta îl poate vedea. Deși nu este de fapt un „pixel”, pentru simplitate funcționează ca o analogie destul de bună. Muștele adevărate (ordinul Diptera) au rabdomul împărțit în șapte părți. Este un sistem destul de complicat, dar practic muștele își pot crește rezoluția cu un factor de 7 fără a crește dimensiunea ochiului.

punctul de acasă este că ochii compuși sunt un design rău pentru rezoluție, deoarece pentru a obține mai mult, trebuie să ocupați mult spațiu. Și spațiul nu este o marfă pentru un animal mic ca o insectă, așa că insectele trebuie să devină viclene.

liniile de vedere

insectele nu se pot concentra asupra obiectelor schimbând forma lentilei sau poziția lentilei, așa că trebuie să se deplaseze mai aproape sau mai departe pentru a vedea lucrurile clar. Ei sacrifică percepția adâncimii și capacitatea de a se concentra pentru a vedea o mulțime de lucruri (viziune cu unghi larg) și percep contrastul. Prin urmare, ceva numit acuitate vizuală este foarte important. Practic, cu cât acuitatea vizuală este mai mare, cu atât insecta poate vedea mai multe detalii pe un obiect. Evident, cu cât puteți vedea mai multe detalii, cu atât mai bine. Unele insecte sunt la limitele maxime ale rezoluției lor, astfel încât acestea au unele alte trucuri puturos în Mâneci lor. Acest lucru este în cazul în care liniile de vedere vin în.

unele insecte au nevoie de o acuitate vizuală ridicată pentru împerechere sau pentru prinderea prăzii. Prin urmare, anumite zone ale ochilor lor sunt alocate pentru a vedea lucrurile cu o acuitate mai mare, sacrificând în același timp calitatea imaginii altor părți ale ochilor lor. Libelulele au o acuitate vizuală mare în partea superioară și mijlocie a ochilor. Acest lucru îi ajută să-și smulgă prada. Muștele masculine, pe lângă faptul că au ochi mai mari, au zone de acuitate mai specializate decât omologii lor de sex feminin. O muscă Hover în special (syritta pipiens) poate vedea femela la o distanță unde nu o poate vedea. El o urmărește literalmente. Muștele nu sunt cunoscute pentru a fi romantice.

viziunea este arta de a vedea ceea ce este invizibil pentru alții ~Johnathon Swift

oamenii sunt destul de buni la a vedea culorile. Putem vedea aproximativ 10 milioane de culori diferite cu trei tipuri de conuri. Insectele și crustaceele folosesc opsine pentru a detecta lumina. Creveții Mantis au 16 opsine și se credea anterior că dețin recordul mondial, putând vedea trilioane de culori, până când unele libelule au intrat. S-a constatat că anumite specii de libelule au peste 30 de opsine, dar nu suntem siguri de capacitatea lor specifică de a distinge culorile. Folosind creveții mantis, capacitățile de diferențiere a culorii ochiului compus sunt reconsiderate. Marea întrebare aici este: „de ce este important să vezi toate aceste culori diferite?”. În ambele cazuri, aceste animale sunt prădători rapizi și trebuie să poată distinge lucrurile comestibile de lucrurile care nu sunt comestibile. Discreția rapidă a culorilor este importantă, dar poate determinarea diferenței dintre #75d1ff și #83d6ff nu este. de fapt, dacă aceste două nu ar fi etichetate și vi s-ar arăta pe rând, ați putea spune diferența? Din punct de vedere tehnic, ochii pot, dar creierul nu, mai ales dacă nu aveți cuvinte pentru a descrie diferitele culori.

Ok deci unii ochi compuși pot (probabil) distinge mai multe culori decât noi, dar multe insecte sunt orbi la lumina roșie și portocalie. Cu toate acestea, insectele pot vedea lumina UV în timp ce noi nu putem. Rezoluția lor poate fi mai rea decât a noastră, dar pot vedea lungimi de undă UV dăunătoare și dăunătoare. Acest lucru este folosit de polenizatori (dintre care mulți sunt polenizatori precum muștele hover!) pentru a naviga la flori și pentru semnale complexe de împerechere, dar le poate duce și la moartea lor. Insectele pot vedea, de asemenea, lumina polarizată și mulți o folosesc pentru a naviga și pentru împerechere.

viziune de noapte

insectele care sunt complet nocturne au modificat structura ochiului compus. În mod normal, interiorul ommatidiului este căptușit cu celule pigmentare. Acest lucru împiedică scurgerea luminii în ommatida adiacentă. De obicei, acest lucru este bun, deoarece mai multă lumină care inundă face ca rezoluția dvs. să doboare tuburile. Dar insectele zburătoare nocturne nu au aceste celule pigmentare, așa că lumina inundă ommatidia, ceea ce le permite să perceapă mai mult noaptea, dar la o rezoluție mai mică. De asemenea, în timp ce rabdomul se află de obicei chiar sub structuri într-o singură ommitidia în insectele zburătoare de zi, în insectele zburătoare de noapte rabdomul este deconectat și separat de o zonă clară. Acest lucru permite luminii din ommatidia adiacentă să stimuleze una rabdom pentru a face o imagine mai bună.

mulți țânțari mici și țânțari sunt crepusculare, ceea ce înseamnă că zboară în zori și în amurg, dar muștele au, în general, modificări ale ochilor pentru a se distra în lumina soarelui. În mod normal, nu ar avea noroc să vadă odată ce soarele s-a scufundat sub orizont, dar muștele au acel rabdom divizat în 7 direcții. Acest lucru îi ajută să zboare în condiții de lumină scăzută, deoarece cele 7 părți ale rabdomului sunt separate și acționează în mod similar cu rabdomurile separate de ommatidia de zona limpede. În special pentru țânțari și țânțari, le oferă încă 15 minute înainte de zori și după apusul soarelui. Acest lucru nu pare prea mult pentru noi, dar le oferă o fereastră mică pentru a ROI, împerechea și hrăni fără a fi incredibil de vizibil pentru prădători.

unele modificări bizare

cel mai adesea observate la libelule (dar unele muște au și acest lucru), partea superioară a ochiului este o culoare mai închisă decât restul ochiului. Acest lucru a fost sugerat că acționează ca o pereche de ochelari de soare și protejează ochii de lumina directă a soarelui. De asemenea, s-a sugerat pentru libelule și bufnițe, că această pată întunecată ajută insecta să vadă prada zburând pe cerul albastru.

împrumut Ochelari de soare Kanye West:

o mulțime de muște au modele de culoare nebun pe ochii lor. Nu suntem siguri de scopul exact. Pentru unii poate juca un rol în împerechere. Muștele de cai (Tabanidae) îl folosesc probabil ca un filtru de culoare convenabil. Muștele calului sunt hrănitori de sânge, iar lucrurile pe care le atacă sunt hrănitori mari, voluminoși, cu iarbă, care sunt de obicei înconjurați de multă vegetație. Având ochii verzi, muștele calului pun efectiv ochelari verzi care fac ca fundalul să pară gri, iar gazdele lor să iasă în evidență de fundal.

păstrați-l, dacă este Sexy:

uneori evoluției pur și simplu nu-i pasă dacă puteți vedea și este important doar cât de sexy sunteți. Asta s-a întâmplat cu musca cu ochi de tulpină. Tulpinile scandaloase pe care masculii le poartă în jurul lor le împiedică capacitățile de zbor, dar încă pot vedea relativ bine.

TL;DR

ochii compusi nu sunt cu adevarat cei mai mari, deoarece este greu sa compensezi rezolutia scazuta. Cu toate acestea, insectele și muștele au în mod specific câteva trucuri destul de inteligente pentru a compensa. Ochii compuși nu lasă insectele să vadă lumina roșie sau portocalie, dar insectele pot vedea bine în gama UV și chiar pot folosi lumina polarizată pentru navigație.

1. Belu Unqusi X, Pirih P, Stavenga DG. Ochi de suprapunere acut și extrem de sensibil la contrast-owlfly diurnă Libelloides macaronius. Jurnalul de Biologie Experimentală 216: 2061-2088.

2. Blamires SJ, Hochuli DF, și Thompson MB. 2008. De ce să traversați pânza: proprietăți spectrale de decorare și captură de pradă într-un păianjen orb (Argiope keyserlingi) web. Jurnalul biologic al Societății Linnean 94 (2): 221-229.

3. Bybee SM, Yuan F, Ramstetter MD, Llorente-Bousquets, Reed RD, Osorio D, Briscoe AD. 2012. Fotoreceptorii UV și pigmenții aripii galbene UV din fluturii Heliconius permit unui semnal de culoare să servească atât mimica, cât și comunicarea intraspecifică. Naturalistul American 179 (1).

4. Evangelista C, Kraft P, Dake M, Labhart T, Srinivasan MV. 2014. Navigarea albinelor: examinarea critică a rolului busolei de polarizare. Societatea Regală tranzacții filosofice B. 370 (1665): DOI 10.1098/rstb.2013.0037.

5. Futahashi R, Kawahara-Miki R, Kinoshita M, Yoshitake K, Yajima S, Arikawa K, și Fukatsu T. 2015. Diversitate extraordinară de gene vizuale opsin în libelule. PNAS DOI 10.1073 / pnas.1424670112.

6. Klowden MJ. 2007. Sisteme fiziologice la insecte. ISBN: 978-0-12-415819-1

7. teren MF. 1997. Acuitatea vizuală la insecte. Revizuirea anuală a entomologiei 42: 147-77.

8. Lunau K și kn Inkttel H. 1995. Viziune prin ochi colorați. Naturalwissenschaften 82 (9): 432-434.

9. Michielsen K, Raedt HD și Stavenga DG. 2010. Reflectivitatea cristalelor biofotonice giroide în solzii aripilor ventrale ale fluturelui Verde Hairstreak, Callophrys rubi. Interfața Royal Society 12 (105): DOI 10.1098/rsif.2009.0352.

10. Morrison J. 2014. Viziunea super color a creveților Mantis a fost dezvăluită. Natura news DOI: 10.1038.natura.2014.14578.

11. Nilsson DE. 1989. Optica și evoluția ochiului compus. În fațetele viziunii, ed DG Stavema, RC Hardie pp 30-75. Berlin: Springer.

12. Ozgen E, și Davies IRL. 1997. Catergories lingvistice afectează percepția culorilor? O comparație a percepției engleze și turcești despre Albastru. Percepție 26 ECVP.

13. Ribak G și înghițiți JG. 2007. Manevre de zbor liber de muște cu ochi de tulpină ” face ochi-tulpini efect comportament de cotitură aeriene? Jurnalul de fiziologie comparativă o Neuroetologie, Fiziologie senzorială, Nueruală și comportamentală 193(10): 1065-1079.

14. Stavenga DG. 2002. Culoare în ochii insectelor. Jurnalul de Fiziologie comparată. A, Neuroetologie, Fiziologie senzorială, neuronală și comportamentală 188(5): 337-348.

15. Sukontason KL, Chaiwong T, Piangjai s, Upakut s, Moophayak K, și Sukontason K. 2008. Ommatidia zbura lovitură, zbura casa, și Fly carne: implicația eficienței lor viziune. Cercetare Parazitologică 103: 123-131.

16. Thoen HH, cum MJ, Chiou TH, Marshakk J. 2014. O altă formă de viziune de culoare în creveți Mantis. Știință 343 (6169): 411-413.

17. Winawer J, Witthoft N, Frank MC, Wu L, Wade AR, Boroditsky L. 2007. Blues-ul rusesc dezvăluie efectele limbajului asupra discriminării culorilor. PNAS 104 (19): 7780-7785.’