Рис. 3, 5. Задняя линза Gopilia и прикрепленный к ней фоторецептор (изображен темной линией) в процессе сканирования. Частота сканирования может достигать 5 движений в секунду.
Было бы очень интересно узнать, почему это происходит и не являются ли эти глаза сохранившейся формой наиболее раннего типа глаз. Если даже Copilia является ошибкой эволюции, она заслуживает признания за оригинальность.
4. Глаз
Каждая часть глаза является в высшей степени специализированным образованием (рис. 4, 1). Совершенство глаза как оптического инструмента свидетельствует о большом значении зрения в борьбе за существование. Не только части глаза удивительно тонко организованы — специализированы даже ткани глаза. Роговица — особая ткань, не снабжающаяся кровью; ткань роговицы получает питание не с помощью кровеносных сосудов, а непосредственно из жидкой среды глаза. Вследствие этого роговица достаточно изолирована от остального тела. Именно благодаря этому счастливому обстоятельству возможна пересадка роговицы от одного человека другому в случае помутнения роговицы, так как антитела не достигают и не разрушают ее, как это происходит с другими чужеродными тканями.
Рис. 4, 1. Глаз человека, самый главный оптический прибор. В нем имеется фокусирующая линза (хрусталик), создающая небольшое перевернутое изображение на невероятно плотным слоем лежащей мозаике светорецепторов, которые переводят узоры световой энергии на язык, доступный мозгу, — последовательность электрических импульсов.
Подобной системой особо организованных структур, полностью изолированных от кровеносных сосудов, является не только роговица. То же самое справедливо и по отношению к хрусталику: и в том, и в другом случае кровеносные сосуды могли бы нарушить оптические свойства этих структур. То же самое наблюдается и в образованиях внутреннего уха, хотя здесь дело обстоит иначе. В кохлеарном аппарате, где вибрация превращается в нервную активность, имеется особое образование, известное как Кортиев орган, которое содержит ряд очень тонких волосков, соединенных с нервными клетками, возбуждающимися при вибрации этих волосков. Кортиев орган не имеет кровеносных сосудов и получает питательные вещества из жидкости, наполняющей улитку. Если бы эти очень чувствительные клетки не были изолированы от пульса, они были бы «оглушены». Величайшая чувствительность уха возможна только потому, что наиболее важные его части изолированы от кровеносной системы; то же самое наблюдается и в глазу, хотя и по другим причинам.
В глазу непрерывно выделяется и всасывается водянистая жидкость, которая обновляется приблизительно каждые четыре часа. «Пятна перед глазами» могут возникать вследствие плавания примесей в виде частиц, отбрасывающих тени на сетчатку, которые могут восприниматься как парящие в пространстве.
Каждое глазное яблоко снабжено шестью внешними мышцами, которые поддерживают его в орбите в определенном положении, поворачивают его вслед за движущимся объектом или направляют взор, чтобы найти объекты. Глаза работают совместно, так что в нормальном состоянии они направляются на один и тот же объект, конвергируя при взгляде на близкие объекты. Помимо внешних глазных мышц имеются также мышцы внутри глазного яблока. Радужная оболочка представляет собой кольцеобразную мышцу, создающую зрачок, через который свет проникает в хрусталик, расположенный непосредственно позади зрачка. Эта мышца сокращается, чтобы уменьшить отверстие зрачка при ярком свете, а также в тех случаях, когда глаза конвергируют, чтобы увидеть близкие предметы. Другая мышца управляет фокусировкой хрусталика. Мы ознакомимся более детально с механизмом и функциями хрусталика и радужной оболочки. Оба эти образования имеют свои секреты.
Хрусталик. Часто думают, что хрусталик осуществляет преломление поступающих потоков света, необходимых для образования изображения. Это далеко не так в случае человеческого глаза, хотя и справедливо в отношении глаза рыбы. Место, где в глазу человека происходит наибольшее преломление света, необходимое для формирования изображения, — не хрусталик, а передняя поверхность роговицы. Это происходит потому, что способность хрусталика преломлять свет зависит от различия показателей преломления окружающей среды и субстрата, из которого состоит сам хрусталик. Показатель преломления окружающей среды — воздуха — низок, тогда как тот же показатель водянистой жидкости, непосредственно находящейся позади роговицы, приблизительно так же высок, как и у хрусталика. У рыбы эти величины близки, так как роговица погружена в воду и свет всегда, когда он поступает в глаз, уже сильно преломлен. В глазу рыбу: имеется очень плотный малоподвижный хрусталик, сферический по форме, который в процессе аккомодации к далеким и близким объектам перемещается взад и вперед внутри глазного яблока. Хотя хрусталик не является критической структурой, необходимой для формирования изображения в глазу человека, он играет важную роль в аккомодации. Последняя осуществляется не путем изменения положения хрусталика (как у рыб или в камере), а с помощью изменения его формы. Радиус кривизны хрусталика уменьшается при взгляде на близкие предметы, при этом хрусталик преломляет лучи под большим углом, так что действие хрусталика добавляется к первоначальному преломлению света, осуществляемому роговицей. Хрусталик состоит из тонких слоев наподобие луковицы; он подвешен с помощью особой мембраны — Zonula — которая поддерживает его в состоянии натяжения. Аккомодация осуществляется очень своеобразным способом. При взгляде на близко расположенные предметы мембрана уменьшает степень натяжения хрусталика, благодаря чему его форма сразу же становится более выпуклой; это уменьшение натяжения достигается в результате сокращения цилиарной мышцы. Таким образом, хрусталик, становится более выпуклым при взгляде на близкие предметы с помощью удивительной системы — натягивающейся и нерасслабляющейся мышцы.
Развитие хрусталика в эмбриональный и более поздние периоды представляет особый интерес и имеет важные последствия в зрелом возрасте. Хрусталик развивается из центра, клетки добавляются в течение всей жизни, хотя этот процесс с возрастом замедляется. Центр хрусталика является, таким образом, наиболее старой его частью, где клетки все более и более отделяются от кровеносной системы, поставляющей кислород и питательные вещества, и постепенно отмирают. Когда клетки отмирают, они затвердевают, так что хрусталик становится слишком плотным — неэластичным, чтобы изменять свою форму в процессе аккомодации при взгляде на различные расстояния. Как сказал Гордон Уоллс в своей известной книге «Глаз позвоночных»:
«Хрусталик является, таким образом, единственным органом тела, где развитие никогда не прекращается и чье старение начинается еще до рождения».
Мы видим все это достаточно отчетливо на рис. 4, 2, который показывает, как с возрастом ухудшается аккомодация, когда не получающие питания клетки внутри хрусталика отмирают и мы смотрим через их тела.
Рис. 4, 2. Потеря способности хрусталика глаза к аккомодации с возрастом. Хрусталик постепенно становится малоподвижным и не может изменять свою форму. Когда нарушается процесс аккомодации, эффективное изменение фокуса обеспечивают бифокальные очки.
Можно наблюдать за изменениями формы хрусталика у другого человека, когда хрусталик изменяет свою форму при взгляде на различные расстояния. Для этого не потребуется ничего, кроме маленького источника света, например ручного электрического фонаря. Если источник света держать в соответствующем положении, можно видеть отражение света от глаза, и даже не одно отражение, а три. Свет отражается не только от роговицы, но также и от передней и задней поверхности хрусталика. Когда хрусталик изменяет свою форму, размер изображения меняется. Передняя поверхность хрусталика дает большое, но довольно неясное изображение, которое является правильным, в то время как задняя его поверхность дает маленькое перевернутое изображение. Это явление может быть продемонстрировано с помощью обычной ложки. При отражении предмета от задней выпуклой поверхности вы увидите большое правильное изображение, в то время как внутренняя вогнутая поверхность дает маленькое перевернутое изображение. Величина изображения будет различной на большой (столовой) и маленькой (чайной) ложках, что соответствует кривизне хрусталика глаза при взгляде на отдаленные и близкие предметы. (Эти изображения, видимые в глазу, известны как «изображения Пуркинье», они очень полезны при экспериментальном изучении аккомодации).