Орган зрения.

Люди во все времена задумывались над сложным строением человеческого организма. Так мудрый грек Герофил еще в древние времена описывал сетчатку глаза: «Взятая рыбацкая сетка, заброшенная на дно глазного бокала, которая ловит солнечные лучи». Это поэтическое сравнение оказалось удивительно точным. Сегодня уверенно можно утверждать, что сетчатка глаза – именно «сетка», способная «ловить» даже отдельные кванты света.

Сетчатку можно определить как многоэлементный фотоприемник изображений, который по упрощенной структуре представляется как разветвление зрительного нерва с дополнительными функциями обработки изображений.

Сетчатка глаза занимает зону диаметром около 22 мм, и за счет этого почти полностью (около 72% внутренней поверхности глазного яблока) устилает фоторецепторами глазное дно от реснитчатого тела до слепого пятна – зоны выхода из глазного дна зрительного нерва. При офтальмоскопии это выглядит как светлый диск по причине большего (чем в других зонах сетчатки) коэффициента отражения света.
Слепое пятно и центральная зона сетчатки
В зоне выхода зрительного нерва сетчатка не имеет фоточувствительных рецепторов. Поэтому изображение объектов, которые попадают в это место, человек не видит (отсюда и название «слепое пятно»). Оно имеет размер примерно 1,8 – 2 мм в диаметре, расположено в горизонтальной плоскости на расстоянии 4 мм от заднего полюса глазного яблока по направлению к носу ниже полюса глазного яблока.
Центральная зона сетчатки, которую называют желтым пятном, макулой или макулярной зоной, выглядит как наиболее темная зона глазного дна. У разных людей ее цвет может варьироваться от темно-желтого до темно-коричневого. Центральная зона имеет несколько вытянутую овальную форму в горизонтальной плоскости. Размер желтого пятна точно не определен, но принято считать, что в горизонтальной плоскости он составляет от 1,5 до 3 мм.
Желтое пятно, как и слепое пятно, не расположено в зоне полюса глазного яблока. Его центр смещен в горизонтальной плоскости в противоположном от слепого пятна направлении: на расстоянии около 1 мм от оси симметрии оптической системы глаза.

Сетчатка глаза имеет разную толщину. В зоне слепого пятна она является наиболее толстой (0,4 – 0,5 мм). Наименьшую толщину она имеет в центральной зоне желтого пятна (0,07 – 0,1 мм), где образуется так называемая центральная ямка. На краях сетчатки (зубчатая линия) ее толщина равна примерно 0,14 мм.
Хотя сетчатка и выглядит как тонкая пленка, все же она имеет сложную микроструктуру. В направлении лучей, которые поступают к сетчатке через прозрачные среды глаза и мембрану, отделяющую стекловидное тело от сетчатки, первым слоем сетчатки являются прозрачные нервные волокна. Они являются «проводниками», по которым в мозг передаются фотоэлектрические сигналы, несущие в себе информацию о зрительной картине объектов наблюдения: изображения, которые фокусируются оптической системой глаза на глазном дне.
Свет, плотность распределения которого на поверхности сетчатки пропорциональна яркости поля объектов, проникает через все слои сетчатки и попадает на светочувствительный слой, составленный из колбочек и палочек. Этот слой выполняет активное поглощение света.
Колбочки имеют длину 0,035 мм и диаметр от 2 мкм в центральной зоне желтого пятна до 6 мкм в периферийной зоне сетчатки. Порог чувствительности колбочек составляет примерно 30 квантов света, а пороговая энергия – 1,2 10 -17 Дж. Колбочки являются фоторецепторами дня «цветного» зрения.
Наибольшей приемлемостью пользуется трехкомпонентная теория Г. Гельмгольца, согласно которой восприятие цвета глазом обеспечивается тремя типами колбочек с различной цветовой чувствительностью. Каждая колбочка имеет в разной концентрации три типа пигмента – светочувствительного вещества:
— первый тип пигмента (сине-голубой) поглощает свет в диапазоне длин волн 435-450 нм;
— второй тип (зеленый) – в диапазоне 525-540 нм;
— третий тип (красный) – в диапазоне 565-570 нм.

Палочки являются рецепторами ночного, «черно-белого» зрения. Их длина составляет 0,06 мм, а диаметр около 2 мкм. Они имеют пороговую чувствительность в 12 квантов света при длине волны 419 нм или пороговую энергию 4,8 0 -18 Дж. Следовательно, они намного более чувствительными к световому потоку.

Однако, вследствие слабой спектральной чувствительности палочек, объекты наблюдения ночью воспринимаются человеком как серые или черно-белые.

Плотность расположения колбочек и палочек по сетчатке не является одинаковой. Наибольшая плотность наблюдается в зоне желтого пятна. При приближении к периферии сетчатки плотность уменьшается.
В центре фовеа (фовеолы) находятся только колбочки. Их диаметр в этом месте является наименьшим, они плотно гексагонально заключены. В зоне фовеа плотность колбочек составляет 147000-238000 на 1 мм. Эта зона сетчатки имеет наибольшее пространственное разрешение, в связи с чем предназначена для наблюдения наиболее важных фрагментов пространства, на которых человек фиксирует свой взгляд.
Дальше от центра плотность уменьшается до 95 000 на 1 мм, а в парафовеа – до 10 000 на 1 мм. Плотность палочек самая высокая в парафовеоли – 150000-160000 на 1 мм. Дальше от центра их плотность также уменьшается, и на периферии сетчатки составляет всего 60000 на 1 мм. Средняя плотность палочек на сетчатке составляет 80000-100000 на 1 мм.
Функции сетчатки
Существует несоответствие между количеством отдельных фоторецепторов (7000000 колбочек и 120000000 палочек) и 1,2 миллиона волокон зрительного нерва. Оно проявляется в том, что количество «фотоприемников» более чем в 10 раз превышает количество «проводников», которые соединяют сетчатку с соответствующими центрами мозга.
Это делает понятной функцию слоев сетчатки: она заключается в осуществлении коммутации между отдельными фоторецепторами и участками зрительного центра мозга. С одной стороны, они не перегружают мозг «мелкой», второстепенной информацией, а с другой – не допускают потери важной составляющей зрительной информации о среде, которую наблюдает глаз. Поэтому каждая колбочка с фовеальной зоны имеет свой персональный канал прохождения нервных импульсов к мозгу.
Однако по мере удаления от фовеолы такие каналы образуются уже для групп фоторецепторов. Этому служат горизонтальные, биполярные амакринные и , а также внешние и внутренние её слои. Если каждая ганглиозная клетка для передачи сигналов в мозг имеет только свое персональное волокно (аксон), то это означает, что она благодаря коммутационному действию биполярных и горизонтальных клеток должна иметь синапсический контакт или с одним (в зоне фовеолы), или с несколькими (в периферийной зоне) фоторецепторами.
Ясно, что для этого нужно осуществлять соответствующую горизонтальную коммутацию фоторецепторов и биполярных клеток на более низком уровне, а также биполярных и ганглиозных клеток на высшем уровне. Такая коммутация обеспечивается через отростки горизонтальных и амакриновых клеток.

Синапсические контакты – это электрохимические контакты (синапсы) между клетками, которые осуществляются благодаря электрохимическим процессам с участием специфических веществ (нейромедиаторов). Ими обеспечивается «передача вещества» по «нервам-проводникам». Поэтому связи между различными дендритами сетчатки зависят не только от нервных импульсов, но и от процессов во всем организме. Эти процессы могут поставлять нейромедиаторы в зоны синапсов в сетчатке и в мозг как с участием нервных импульсов, так и с током крови, а также других жидкостей.
Дендриты – это отростки нервных клеток, которые воспринимают сигналы от других нейронов, рецепторных клеток, и проводят нервные импульсы через синапсические контакты к телу нейронов. Совокупность дендритов образует дендритную ветку. Совокупность дендритных ветвей называют дендритным деревом.
Амакриновые клетки осуществляют «боковое торможение» между соседними ганглиозными клетками. Этой обратной связью обеспечивается коммутация биполярных и ганглиозных клеток. Так не только решается задача подключения к мозгу ограниченного количества нервных волокон большого количества фоторецепторов, но и осуществляется предварительная обработка информации, поступающая от сетчатки к мозгу, то есть пространственная и временная фильтрация зрительных сигналов.
Таковы функции сетчатки глаза. Как видно, она очень хрупка и важна. Берегите ее!

Функции сетчатки глаза обусловлены особенностями строения этого исключительно важного для человека элемента зрительной системы. Фактически сетчатка - покрывающая изнутри наши органы зрения оболочка, чья функциональность обусловлена наличием способных воспринимать световые потоки фоторецепторов очень высокого уровня чувствительности.

Структура, функции сетчатки обусловлены тем, что орган представляет собой высокоплотное скопление клеток нервной ткани, воспринимающих зрительный образ, передающих его на обработку мозгу. Всего известно десять слоев, сформированных нервной тканью, кровеносными сосудами, другими клетками. Сетчатка выполняет функции, возложенные на нее природой, благодаря непрерывным обменным процессам, спровоцированным сосудами.

Структурные особенности

При внимательном изучении можно заметить, что структура, функции сетчатки четко связаны. Дело в том, что в органе есть так зазываемые палочки, колбочки - этими терминами принято обозначать высокочувствительные рецепторы, анализирующие световые фотоны, производящие электрические импульсы. Следующий слой - нервная ткань. Через свойственные высокочувствительным клеткам функции сетчатка обеспечивает центральное зрение, по периферии.

Центральным принято именовать целенаправленное исследование некоторого объекта в поле видимости. При этом можно исследовать объекты, расположенные на нескольких уровнях. Именно центральное зрение делает реальным чтение сведений. А вот функции сетчатки, реализующие периферическое, делают возможной ориентацию в пространстве. Рецепторы в форме колбочек существуют 3 типажей, настроенных на специфические длины волн. Такая сложная система реализует еще одну функцию сетчатки - восприятие цвета.

Строение: любопытные моменты

Один из самых сложных элементов зрительной системы в пределах сетчатки - оптическая часть, сформированная элементами, обладающими очень высокой чувствительностью к свету. Зона занимает внушительное в масштабах органа пространство - до зубчатой нити, через нее реализуются функции сетчатки глаза человека.

Одновременно с этим строение предполагает два клеточных слоя радужковой, ресничной ткани. Ее принято классифицировать как нефункциональную.

Специфические особенности

Занимаясь исследованием строения и функций сетчатки, ученые выявили, что ткань принадлежит головному мозгу, хотя и сместилась под влиянием биологических процессов и эволюции на периферию. 10 слоев, формирующих орган:

граничный внутренний;
граничный внешний;
волокнистые клетки нервной ткани;
ганглиозная ткань;
сплетениевидный (изнутри);
сплетениевидный (снаружи);
внутреннее ядро;
внешнее ядро;
пигмент;
фоточувствительные рецепторы.

Света мне, света!

Как удалось выявить в ходе исследований, строение сетчатки глаза и функции органа имеют тесную взаимосвязь. В качестве основного предназначения органа - восприятие светового излучения, обеспечение проводимости информации для обработки ее головным мозгом. Орган сформирован огромным количеством фоторецепторов. Ученые насчитали порядка семи миллионов колбочек, а вот второй тип, палочки, еще более многочисленный. По предварительным оценкам, одна сетчатка человеческого глаза включает в себя до 120 миллионов таких клеток.

Разбирая, какие функции выполняет сетчатка, необходимо отметить, что колбочки существуют трех видов, и каждому характерна специфическая окраска - зеленая, голубоватая, красная. Именно такое качество дает возможность ощущать свет, без чего полноценно видеть не представляется реальным. А вот палочки богаты родопсином, поглощающим красное излучение. По ночам человек может видеть преимущественно благодаря наличию палочек. Дневное видение обусловлено особенностями строения сетчатки: функции воспринимающих клеток берут на себя колбочки. Сумеречное зрение обеспечивается одновременной активизацией всех клеток органа.

Как это сделано?

Одна из любопытных особенностей органа - неравномерность распределения фоторецепторов по поверхности. Центральная зона, к примеру, более всего богата колбочками, а вот на периферии плотность существенно снижается. Палочки по центру присутствуют в очень малой концентрации, наибольшая их часть характерна для кольца, окружающего центральную ямку. А вот в направлении периферии плотность палочек снижается.

Обычный человек привык смотреть на мир, даже не задумываясь над механизмом, базовыми особенностями этого процесса. Ученые, занимающиеся специфическими исследованиями, заверяют, что природный зрительный комплекс исключительно сложен.

Световой фотон сперва улавливается ответственным за это рецептом, затем формируется электрический импульс, который последовательно перемещается к биполярному слою, оттуда - к ганглиозным нейронным клеткам, оснащенным удлиненными отростками-аксонами. Аксон, в свою очередь, формирует зрительный нерв, то есть именно он может передать информацию, поступившую от фоторецептора, в нервную систему. Импульс, посланный сетчаткой, после сложных промежуточных этапов наконец достигает центральной нервной системы, запускается процесс обработки в головном мозге, позволяющий осознать увиденное изображение и отреагировать на полученные данные.

Сколько можно увидеть?

О том, что у телевизора, монитора есть разрешение, сегодня знают и дети, и взрослые. А вот тот факт, что величиной разрешения можно охарактеризовать и человеческое зрение, почему-то уже не столь очевиден. А ведь это именно так: в качестве описательной характеристики можно прибегнуть именно к разрешению, вычисляемому как число фоточувствительных рецепторов, соединённых с биполярной клеточной тканью. Этот показатель существенно варьируется в разных зонах сетчатки.

Исследования фовеальной области показали, что одна колбочка имеет связь с двумя клетками ганглиозной ткани. На периферии одна клетка этой же ткани связана с многочисленными палочками, колбочками. Фоторецепторы, неравномерно распределяясь по сетчатке, дают макуле повышенные показатели разрешения. Палочки, расположенные на периферии, делают реальным качественное полноценное зрение.

Особенности нервной системы сетчатки

Сетчатка сформирована двумя типами клеток нервной ткани. Плексиформные расположены снаружи, амакриновые - на внутренней стороне. Благодаря такой особенности строения нейроны имеют тесную связь друг с другом, что координирует сетчатку в целом.

Зрительный нерв имеет специфический диск, на 4 миллиметра удаленный от центра фовеальной области. Эта область сетчатки лишена фоточувствительных рецепторов. Если фотоны попадают на диск, такая информация не может поступить в головной мозг. Особенность приводит к формированию физиологического пятна, сопоставимого с диском.

Сосуды и любопытная специфика

Сетчатка неоднородна по толщине: некоторые части более толстые, нежели другие. Самые тонкие элементы расположены в центре, ответственном за максимальное разрешение зрительной системы. А вот наибольшей толщины сетчатка достигает вблизи зрительного нерва, характерного ему диска.

Нижняя часть сетчатки имеет тесную связь с сосудистой системой, так как именно тут крепится оболочка. В некоторых местах сращивание довольно плотное. Это характерно для края макулы и зубчатой линии, а также для пространства поблизости от зрительного нерва. А вот остальная площадь органа рыхло закреплена на сосудистой оболочке. Для таких участков гораздо выше риск развития отслоения.

Как это работает?

Чтобы сетчатка могла нормально функционировать, ткани нуждаются в питании. Полезные компоненты поступают двумя путями. Внутренние шесть слоев имеют доступ к центральной артерии, то есть кровеносная система снабжает клетки кислородом и необходимыми микроэлементами. Четыре внешних слоя питаются от сосудистой оболочки. В медицине это называется хориокапиллярным слоем.

Патологии: особенности диагностирования

Если предполагается заболевание сетчатки, необходимо по возможности оперативно провести диагностические мероприятия для выявления текущего процесса, его причин, а также определения оптимальной стратегии устранения проблемы. Диагностирование предполагает выявление контрастной чувствительности, на основании чего делают вывод относительно состояния макулы. Следующий этап - определение остроты зрения, способности воспринимать цвета и оттенки, а также пороги этих возможностей. Периметрическим методом можно определить границу поля зрения.

Во многих случаях необходимо прибегнуть к методам офтальмоскопии, электрофизиологии (дает информацию о нервной ткани зрительной системы), когерентной томографии (выявляет качественные изменения тканей), флуоресцентной ангиографии (определяет патологии сосудов). Обязательно фотографируют глазное дно, чтобы получить общее представление о динамике патологии.

Симптоматика

Заподозрить врождённые патологии органа можно, если при исследовании зрительной системы обнаружены миелиновые волокна, колобома. Один из показательных симптомов, требующих особенно тщательной проверки, - некорректно развитое глазное дно. Приобретённые заболевания сопровождаются отслоением ткани, ретинитом, ретиношизисом. С возрастом у определенного процента людей наблюдаются нарушения кровеносной системы, что не позволяет тканям зрительных органов получать необходимые кислород и компоненты. Системные патологии могут спровоцировать ретинопатию, а травмы становятся причиной развития берлиновского помутнения. Нередко развиваются очаги пигментации, факоматозы.

Преимущественно повреждения выражаются понижением качества зрения. При влиянии на центр последствия наиболее тяжёлые, а результатом может стать даже абсолютная слепота по центру, сопряженная с сохранением периферического видения, то есть у человека остается возможность самостоятельно ориентироваться в пространстве без применения специальных приборов. В случае, когда патология сетчатки начинает развиваться с периферии, долговременно процесс не проявляет себя, а заподозрить его удается лишь в рамках планового обследования у офтальмолога. При большой площади повреждений наблюдается дефект видения, определенные участки для человека превращаются в слепые, а также понижается способность ориентации, особенно при невысоком уровне освещенности. Известны случаи, когда патология сопровождалась нарушением восприятия цветов.

Строение глаза человека практически идентично устройству его у многих видов животных. Даже акулы и кальмары имеют строение глаза как у человека. Это говорит о том, что этот появился очень давно и практически не изменялся со временем. Все глаза по своему устройству можно разделить на три типа:

глазное пятно у одноклеточных и простейших многоклеточных;
простые глаза членистоногих напоминающие бокал;

Устройство глаза сложно, он состоит из более десятка элементов. Строение глаза человека может называться самым сложным и высокоточным в его теле. Малейшее нарушение или несоответствие в анатомии приводит к заметному ухудшению зрения или полной слепоте. Потому существуют отдельные специалисты, сосредотачивающие свои усилия на этом органе. Для них крайне важно знать в мельчайших деталях, как устроен глаз человека.

Общие данные о строении

Весь состав органов зрения можно разделить на несколько частей. В зрительную систему входит не только сам глаз, но и идущие от него зрительные нервы, обрабатывающий поступающую информацию участок головного мозга, а также органы, предохраняющие глаз от повреждения.

К предохраняющим органам зрения можно отнести веки и слезные железы. Немаловажным является мышечная система глаза.

Сам глаз состоит из светопреломляющей, аккомодационной и рецепторной системы.

Процесс получения изображения

Первоначально свет проходит через роговицу – прозрачный участок внешней оболочки, осуществляющий первичную фокусировку света. Часть лучей отсеивается радужкой, другая часть проходит через отверстие в ней – зрачок. Адаптация к интенсивности светового потока осуществляется зрачком при помощи расширения или сужения.

Окончательное преломление света происходит с помощью линзы. После чего пройдя через стекловидное тело, лучи света попадают на сетчатку глаза – рецепторный экран, преобразующий информацию светового потока в информацию нервного импульса. Само же изображение формируется в зрительном отделе мозга человека.

Аппараты изменения и обработки света

Светопреломляющая структура

Представляет собой систему линз. Первая линза – , благодаря этой части глаза поле зрения человека составляет 190 градусов. Нарушения этой линзы приводят к туннельному зрению.

Окончательное преломление света происходит в хрусталике глаза, он фокусирует лучи света на небольшом участке сетчатки. Хрусталик отвечает за , изменения его формы ведут к близорукости или дальнозоркости.

Аккомодационная структура

Эта система регулирует интенсивность поступающего света и его фокус. Она состоит из радужки, зрачка, кольцевых, радиальных и цилиарных мышц, также к этой системе можно отнести хрусталик. Фокусировка для видения удаленных или приближенных предметов происходит при помощи изменения его кривизны. Кривизну хрусталика изменяют цилиарные мышцы.

Регулирование светового потока идет из-за изменения диаметра зрачка, расширения или сужения радужки. За сжатие зрачка отвечают кольцевые мышцы радужки, за его расширение – радиальные мышцы радужки.

Рецепторная структура

Представлена сетчаткой, состоящей из фоторецепторных клеток и подходящим к ним окончаний нейронов. Анатомия сетчатки сложная и неоднородная, на ней есть слепое пятно и участок с повышенной чувствительностью, сама она состоит из 10 слоев. За главную функцию обработки информации света отвечают фоторецепторные клетки, разделяемые по форме на палочки и колбочки.

Устройство человеческого глаза

Для визуального наблюдения доступна лишь малая часть глазного яблока, а именно – одна шестая часть. Остальное глазное яблоко расположено в глубине глазницы. Масса составляет примерно 7 грамм. По форме он имеет неправильную шаровидную форму, слегка вытянутую по сагиттальному (вглубь) направлению.

Изменение сагиттальной длины приводит к близорукости и дальнозоркости, также как изменение формы хрусталика.

Интересный факт: глаз – это единственная часть человеческого тела одинаковая по размеру и массе у всего нашего рода, он различается лишь на доли миллиметров и миллиграмм.

Веки

Их цель – защита и увлажнение глаза. Сверху века располагается тонкий слой кожи и ресницы, последние предназначены для отведения стекающих капель пота и для защиты глаза от грязи. Веко снабжено обильной сетью кровеносных сосудов, форму оно держит при помощи хрящевого слоя. Снизу располагается конъюнктива – слизистый слой, содержащий множество желез. Железы увлажняют глазное яблоко для снижения трения при его движении. Сама влага равномерно распределяется по глазу в результате моргания.

Интересный факт: человек моргает 17 раз в минуту, при чтении книги частота сокращается почти вдвое, а при чтении текста в компьютере исчезает практически полностью. Именно поэтому глаза так сильно устают от компьютера.

Для моргания основная часть века представляет собой мышечную толщу. Равномерное увлажнение происходит при соединении верхнего и нижнего века, полуприкрытое верхнее веко не способствует равномерному увлажнению. Также моргание защищает орган зрения от летающих мелких частиц пыли и насекомых. Моргание также помогает выведению инородных предметов, ещё за это отвечают слезные железы.

Интересный факт: мышцы века самые быстрые, моргание занимает 100-150 миллисекунд, человек может моргать со скоростью 5 раз в секунду.

От их работы зависит направление взгляда человека, при несогласованной работе возникает косоглазие. делятся на десяток групп, главные из них – те, которые отвечают за направление взгляда человека, поднятие и опускание века. Сухожилия мышц врастают в ткань склеротической оболочки.

Интересный факт: мышцы глаза самые активные, даже сердечная мышца им уступает.

Интересный факт: майя считали косоглазие красивым, они специальными упражнениями развивали у своих детей косоглазие.

Склера и роговица

Склера защищает строение человеческого глаза, она представлена фиброзной тканью и покрывает 4/5 его части. Она довольно прочная и плотная. Благодаря этим качествам строение глаза не меняет свою форму, а внутренние оболочки надежно защищены. Склера непрозрачна, имеет белый цвет («белки» глаз), содержит кровеносные сосуды.

В отличие от нее роговица прозрачна, не имеет кровеносных сосудов, кислород поступает через верхний слой из окружающего воздуха. Роговица – очень чувствительная часть глаза, после повреждения она не восстанавливается, в результате чего наступает слепота.

Радужка и зрачок

Радужка — это подвижная диафрагма. Она участвует в регуляции светового потока, проходящего через зрачок – отверстие в ней. Для отсеивания света радужка светонепроницаема, имеет специальные мышцы для расширения и сужения просвета зрачка. Круговые мышцы окружают радужку кольцом, при их сокращении зрачок сужается. Радиальные мышцы радужки отходят от зрачка наподобие лучиков, при их сокращении зрачок расширяется.

Радужка имеет самые разные цвета. Самый частый из них – коричневый, реже встречаются зеленые, серые и голубые глаза. Но есть и более экзотические цвета радужки: красный, желтый, фиолетовый и даже белый. Коричневый цвет приобретается за счет меланина, при большом его содержании радужка становится черной. При малом содержании радужка приобретает серый, голубой или синий оттенок. Красный цвет встречается у альбиносов, а желтый цвет возможен при пигменте липофусцине. Зеленый цвет является сочетанием синего и желтого оттенка.

Интересный факт: схема отпечатков пальцев имеет 40 уникальных показателей, а схема радужки – 256. Именно поэтому применяется сканирование сетчатки глаза.

Интересный факт: голубой цвет глаз является патологией, он появился в результате мутации примерно 10 000 лет назад. У вех голубоглазых людей был общий предок.

Хрусталик

Его анатомия довольна проста. Это двояковыпуклая линза, основная задача которой – фокусировка картинки на сетчатке глаза. Хрусталик заключен в оболочку однослойных кубических клеток. Он фиксируется в глазу при помощи крепких мышц, эти мышц могут влиять на кривизну хрусталика, тем самым изменяя фокусировку лучей.

Сетчатка

Многослойная рецепторная структура располагается внутри глаза, на задней его стенке. Её анатомия переназначена для лучшей обработки поступающего света. Основу рецепторного аппарата сетчатки представляют клетки: палочки и колбочки. При дефиците света, четкость восприятия возможна благодаря палочкам. За цветовую передачу отвечают колбочки. Преобразование светового потока в электрический сигнал идет при помощи фотохимических процессов.

Интересный факт: дети не различают цвета после родов, слой колбочек окончательно формируется лишь через две недели.

Колбочки реагируют на световые волны по-разному. Они делятся на три группы, каждая из которых воспринимает только свой определенный цвет: синий, зеленый или красный. На сетчатке есть место, куда входит зрительный нерв, здесь отсутствуют фоторецепторные клетки. Эта зона называется «Слепым пятном». Также есть зона с наибольшим содержанием светочувствительных клеток «Желтое пятно», оно обуславливает ясную картинку в центре поля зрения. Сетчатка интересна тем, что она неплотно прилегает к следующему сосудистому слою. Из-за этого иногда появляется такая патология, как отслоение сетчатки глаза.

Глазная сетчатка - внутренний участок зрительных органов, состоящий из большого количества слоев. Прилегая к оболочке, состоящей из сосудов, она располагается вплоть до зрачка. Сетчатку составляют две её части, наружная и внутренняя. В наружном отделе сетчатки находится пигмент, а во внутреннем располагаются светочувствительные компоненты. Давайте ответим на вопрос, сетчатка глаза, что это такое? Также подробнее рассмотрим строение сетчатки глаза человека.

Если человек ощущает ухудшение зрения, исчезает способность отличать цвета - необходимо комплексное исследование на остроту зрения, и в большинстве случаев, проблемы вызваны патологическими изменениями глазной сетчатки.

Сетчатка - самая внутренняя из трех оболочек глазного яблока, прилегающая к сосудистой оболочке

Ретина (сетчатка) – лишь один из многих слоев глазного яблока. Помимо нее существуют следующие слои сетчатки глаза:

Роговица – прозрачная оболочка, расположенная в передней части глазного яблока, содержащая сосуды. Находится на своеобразной границе со склерой.
Передняя камера - расположена посередине роговицы и радужной областью глаза.
Радужная область – здесь расположен просвет для зрачка. Радужка полностью состоит из мышечных тканей, благодаря сокращениям которых изменяется размер зрачка. Именно благодаря этому слою, зрительные органы, способны распознавать цвета. На цвет радужной области оказывает влияние количество пигмента. Так, у обладателей карего цвета глаз, пигмента наблюдается больше, чем у обладателей зеленых или голубых.
Зрачок – проем в радужной области, через который свет, распределяется по внутренней части глазного яблока.
Хрусталик – своеобразная природная оптическая линза. Являясь довольно эластичной, легко изменяет форму. Хрусталик отвечает за фокусировку зрения, благодаря чему человек может различать предметы, находящиеся на различном расстоянии от себя.
Стекловидное тело – имеет гелеобразное состояние. Значение данного слоя заключается в поддержке сферичной формы глазного яблока, а также участие в обмене веществ, органов зрения.
Ретина – слой глазного яблока, отвечающий за зрение.
Склера – внешний слой, переходящий в роговицу.
Зрительный нерв – один из главных слоев зрительных органов. Несет ответственность за трансляцию сигнала от глаз в определенные мозговые участки. Клетки зрительного нерва образованы одним из отделов сетчатой оболочки, и являются прямым продолжением ретины.

Окончательное формирование сетчатки завершается к 5 годам жизни ребенка.

Как становится видно из этого списка, структура строения глазного яблока чрезвычайна сложна. Однако строение и функции сетчатки глаза человека еще более многообразны. Каждый элемент ретины, тесно связан между собой, и повреждение любого из этих слоев приводит к непредсказуемым последствиям. В сетчатке расположена нейронная цепь, отвечающая за зрительное восприятие. Данная оболочка содержит в себе биполярные нейроны, фоторецепторы и ганглионарные клетки.

Устройство и функционирование сетчатки глаза

Мембрана Бруха и пигментный эпителий – носители сразу несколько функций, являясь своеобразным барьером для проникновения излучения света. Также обладают транспортными и трофическими функциями.
Слой, состоящий из фотосенсоров . Здесь располагаются специальные рецепторы, содержащие в себе зрительный пигмент. Несут ответственность за поглощение световых волн, обладающих определенной длиной. Фоторецепторы образуются из соединения палочек и колбочек.
Ядерный слой . Подразделяется на внутренний и внешний. Во внешнем слое расположены ядра фоторецепторов, а во внутреннем, огромное количество различных клеток, несущих ответственность за обработку сигналов, исходящих из внешнего слоя.
Сетчатый слой. Также имеет два подразделения. Внутренний слой содержит в себе нервные окончания ретины. Наружный слой является образованием межклеточного контакта фоторецепторов, биполярных клеток и нейронов.
Нервные волокна – аксоны ганглиозных клеток, транспортирующие информацию зрительному нерву. Ганглиозные клетки, получившие импульс, исходящий из фоторецепторов через сеть биполярных нейронов, преобразуют его и доставляют к зрительному нерву.
Пограничная мембрана. Внешняя часть являет собой образование терминальных пластин и плоских адгезионных контактов фоторецепторов. Именно здесь расположена внешняя часть отростков клеток мюллера. Мюллеровские клетки – ответственны за сбор и проводку света от поверхности ретины к фоторецепторам. Внутренняя часть мембраны – своеобразный барьер для отделения ретины от стекловидного тела.
Слои ретины – одна из самых сложных систем зрительных органов. Каждый из этих слоев играет значимую роль, и его повреждение может вызвать катастрофические патологии.

Сетчатка — светочувствительная часть глаза, состоящая из фоторецепторов

Развитие ретины

Сетчатка формируется на самом раннем этапе развития эмбриона. Пигментный эпителий берет свое начало из наружного листа глазного бокала. А часть ретины, состоящая из нейросенсоров, становится производной внутреннего листа. Примерно на пятой неделе, клетки способны принять определенную форму и начинают образовывать единый слой, в котором синтезируется первый пигмент. В это же время формируются базальная пластина и элементы мембраны Бруха. В течение периода с пятой по шестую неделю появляются хориокапилляры, около которых возникает базальная мембрана.

Функционирование ретины

До того как ответить на вопрос, что такое сетчатка глаза, нужно понять, каким функционалом она наделена. Ретина – чувствительная область зрительного органа, отвечающая за восприятие цветов, сумеречное зрение и остроту. Помимо этого, внутренние оболочки сетчатки, отвечают за обмен питательных веществ всего глазного яблока.

В ретине расположены палочки и колбочки, отвечающие за центральное и периферическое зрение. Свет, попадающий в глаза, с помощью них, преобразуются в электрический импульс. Благодаря центральному зрению человек способен различать предметы, находящиеся в том или ином отдалении с определенной четкостью. Периферическое зрение обеспечивает возможность ориентирования в пространстве. Помимо этого, в ретине находится слой, отвечающий за восприятие световых волн, имеющих разную длину. Так, человеческий глаз получает возможность различать цвета и оттенки. Когда эти функции нарушены, необходимо комплексное тестирование качества зрения. Как только зрение начало ухудшаться, появились мушки, искры или пелена, следует, немедленно обратится за квалифицированной помощью. Правильная анатомия сетчатки глаза – играет ключевую роль в этом вопросе. Необходимо помнить, что спасти зрение можно только при своевременном вмешательстве в ходе заболевания.

Ретина — сетчатая оболочка глаза, играющая важную роль в зрительных процессах и восприятии цветового спектра. Ретина образована из множества слоев, обладающих определенным функционалом. Основная симптоматика, связанная с заболеваниями сетчатки, это ухудшение зрительных процессов. Выявить недуг, способен специалист, проводя плановый осмотр.

Высокоорганизованные клетки сетчатки образуют 10 ретинальных слоев

Построение изображения на глазной сетчатке

Строение глазного яблока – весьма своеобразно и имеет сложную структуру. Глаза – зрительный орган, отвечающий за световосприятие. При помощи фоторецепторов воспринимаются световые лучи, имеющие определенную длину волны. Диапазон волны, имеющий длину 400-800 нм, оказывает определенное влияние, вслед за которым, берет свое начало формирование определенных импульсов, и их отправка в специальные части мозга. Именно так и обретают свою форму зрительные образы. Сетчатка выполняет функцию, благодаря которой, человек способен определить формы и размеры окружающих предметов, их величину и расстояние от объекта до глазного яблока.

Заболевания органов зрения

Функция сетчатки глаза – сложно построенный механизм, и результат его сбоя может привести к печальным последствиям. Так, вследствие нарушения одного из слоев зрительного аппарата, человек может ощутить не только дискомфорт в области глаз, но и полностью ослепнуть. Очень важно, при обнаружении первых признаков расстройства органов зрения, вовремя обратиться за квалифицированной помощью.

Разновидностей заболеваний довольно много, они включают в себя отслоения ретины, дистрофию мышечных тканей, различные опухоли и разрывы. Причиной возникновения могут послужить травмы, инфекции и хронические заболевания. В группу риска входят люди, имеющие такие диагнозы, как врожденная близорукость, сахарный диабет и гипертония. Людям пожилого возраста и беременным женщинам, также рекомендуется посещение офтальмолога. Помните, что многие глазные заболевания ничем не выдают себя на начальных этапах.

Кажется, что чем больше мы ее изучаем, тем большее удивление вызывает эта сложность, представлявшаяся ранее нам такой ясной и доступной, но сейчас, на новом витке научного познания, остающаяся как никогда непостижимой.

Мысль о том, что живые существа меняются с течением времени, высказывалась многими задолго до Чарльза Дарвина. Среди ранних эволюционистов был не только Ламарк, но и дед Дарвина - Эразм. Однако эти идеи не могли стать господствующими в науке, так как за ними не стояло рационалистического объяснения механизма эволюции. Ламарк постулировал некое вложенное во все живое стремление к совершенству - особую сущность, которую он называл принципом градации. Дарвин же нашел механистическое объяснение процессу изменения органического мира, и оно оказалось очень простым и понятным образованной публике того времени - естественный отбор (natural selection).

Имеется много документальных подтверждений того, что Дарвин был поражен сложностью глаза, несмотря на то, что по сравнению с современной наукой, у него было мало знаний. И все же, хотя он не мог объяснить, как именно это происходило, он верил, что такая удивительная сложность могла развиваться путем естественного процесса эволюции. Очень маленькие изменения, отобранные в качестве преимущественных, могли передаваться и увеличиваться на протяжении многих поколений для того, чтобы создать основное чудо сложности как человеческий глаз.

Очевидно, что Дарвин не был сумасшедшим. Он предложил свою теорию эволюции, и его основные объяснения касательно постепенного развития сложных структур, таких как глаза, убедили большинство современных исследователей. Итак, что именно он предложил для объяснения сложности таких структур, как человеческий глаз? Рассмотрите следующую цитату Дарвина:

Разум говорит мне, что если бы могли происходить постепенные переходы от простого несовершенного глаза к сложному и совершенному, то каждый уровень перехода был бы полезным для его обладателя, как это и есть. Если далее глаз непрерывно изменяется, и эти изменения наследуются, что также соответствует действительности, и если бы такие изменения были полезны для любого животного при изменяющихся условиях жизни, тогда трудность поверить в то, что совершенный и сложный глаз мог быть создан путем естественного отбора, хоть это и непостижимо для нашего воображения, не рассматривалась бы как ниспровергающая теорию.

Дарвин не был в состоянии дать объяснение тому, что происходило в реальности, но он предложил последовательную эволюцию человеческого глаза, приводя примеры различий в глазах других существ, которые казались менее сложными. Эти различия были расположены в последовательном порядке в прогрессии: от наиболее простых до наиболее сложных глаз. Появилось большое количество посредников, которые соединяли один тип глаза с другим в эволюционной шкале.

Некоторые из "наиболее простых" глаз - это ни что иное, как просто пятно из небольшого количества светочувствительных клеток, объединенных вместе. Такой тип глаза годится только для различения света от тьмы. Он не может определять изображения. Начиная от такого простого глаза, Дарвин продолжал демонстрировать существа с последовательно более сложными глазами, пока не была достигнута сложность человеческого глаза.

Определенно, такой сценарий кажется рациональным. Тем не менее, многие из теорий, которые изначально казались на бумаге целесообразными, вскоре были опровергнуты. Такие теории требуют прямого экспериментального доказательства для своей поддержки, прежде чем их примут в качестве "научных". Неужели сложные структуры, такие как глаза, действительно эволюционировали в реальной жизни? Не существует документального подтверждения, что у кого-то эволюционировал глаз, или хотя бы глазное пятно, с помощью любого механизма отбора в существе, у которого раньше не было глаз. Также, нет документального свидетельства в пользу эволюции одного типа глаз в другой тип в любом существе, никакая эволюция глаз вообще никогда не наблюдалась. Конечно, доводом является то, что для такой эволюции необходимо тысячи или миллионы лет. Возможно и так, но без возможности наблюдения и испытания, такие предположения, хотя и целесообразные, должны содержать большую степень веры.

Необходимая вера в такой сценарий увеличивается еще больше, когда принимается во внимание тот факт, что даже простое светочувствительное пятно является чрезвычайно сложным, вовлекая большое количество специальных протеинов и белковых систем. Эти протеины и системы интегрированы таким способом, что если хотя бы что-то одно отсутствовало, то зрение прекратилось бы. Другими словами, чтобы такое чудо как зрение произошло даже в светочувствительном пятне, много различных протеинов и систем должны были эволюционировать одновременно, поскольку без них не было бы зрения.

Например, первый шаг в зрении - это обнаружение фотонов. Для того чтобы уловить фотон, специализированные клетки используют молекулу, которая называется "11-цис-ретиналь". Когда фотон света взаимодействует с этой молекулой, он почти мгновенно изменяет ее форму. Эта форма теперь называется "транс-ретиналь". Такое изменение приводит к изменению формы другой молекулы, которая называется родопсином (rhodopsin). Новая форма родопсина называется метародопсином II (metarhodopsin II). Метародопсин ІІ далее присоединяется к другому протеину, трансдусину (transducin), заставляя его отпустить присоединенную молекулу, которая называется GDP, и подобрать другую молекулу, GTP.

Молекула GTP-трансдусин-метародопсин II присоединяется к другому протеину, который называется фосфодиэстераза. Когда это происходит, фосфодиэстераза расщепляет молекулы, которые называются cGMPs. Это расщепление cGMPs уменьшает их относительное количество в клетке. Такое уменьшение cGMPs воспринимается ионным каналом. Этот ионный канал закрывается и не дает иону натрия проникать в клетку. Это блокирование проникновения натрия в клетку является причиной нарушения баланса заряда вдоль мембраны клетки. Это нарушение равновесия заряда посылает электрический ток в мозг. Потом мозг интерпретирует этот сигнал, а результат называется зрением. Необходимо много других протеинов, чтобы вернуть протеины и другие упоминавшиеся молекулы назад к их первоначальным формам, чтобы они могли уловить другой фотон света и дать сигнал мозгу. Если какой-нибудь из этих протеинов или молекул отсутствует, даже в наиболее простой глазной системе, зрение не состоится.

Конечно, возникает вопрос, как могла такая система постепенно эволюционировать?

Все части должны находиться на месте одновременно. Например, какую пользу извлек бы червь, не имеющий глаз, эволюционировав неожиданно протеин 11-цис-ретиналь в маленькой группе или "пятне" клеток на голове? Такие клетки могут определять фотоны, но что из этого? Какая польза в этом для червя?

Теперь, предположим, что эти клетки развили каким-то образом все необходимые протеины, чтобы активизировать электрический заряд сквозь свои мембраны в ответ на фотон света, который падает на них. Ну и что? Какая польза из того, что они имеют возможность установить электрический потенциал на своих мембранах, если не существует нервного пути к мозгу червя? Что бы было, если бы этот путь внезапно эволюционировал, и такой сигнал мог бы посылаться в мозг червя. И что из этого? Каким образом червь собирается узнать, что делать с этим сигналом? Он должен будет научиться понимать, что означает этот сигнал. Изучение и интерпретация являются очень сложными процессами, вовлекающими много разных протеинов в других уникальных системах. Теперь червь в течение своей жизни должен эволюционировать возможность передать эту способность своим потомкам. Если он не передаст эту способность, то потомок должен будет научиться сам, в противном же случае зрение не даст ему никакого преимущества.

Все эти прекрасные процессы требуют регулирования. Никакая из функций не может быть полезной, пока она не будет регулироваться (включаться и выключаться). Если светочувствительные клетки не могут выключаться, когда они включены, зрение может и не состоятся. Такая способность к регулированию тоже чрезвычайно сложна, и в нее вовлекается множество протеинов и других молекул, при этом чтобы зрение принесло пользу, все они должны находиться на своем месте... изначально.

Но, что если мы не станем объяснять происхождение первого, чувствительного к свету "пятна". Эволюция более сложных глаз, с такой точки зрения, представляется простой, не так ли? Не совсем.

Дело в том, что для каждого из различных компонентов требуется наличие уникальных протеинов, выполняющих специфические функции, которые должны быть закодированы уникальным геном в ДНК этого существа. Ни гены, ни протеины, которые они кодируют, не функционируют самостоятельно. Существование уникального гена или протеина означает, что вовлекается уникальная система других генов или протеинов со своей функцией. В такой системе отсутствие хотя бы одного системного гена, протеина или молекулы означает, что целая система становиться нефункциональной. Принимая во внимание тот факт, что эволюция одного гена или протеина никогда не наблюдалась и не воспроизводилась в лабораторных условиях, такие, на первый взгляд незначительные различия, внезапно становятся очень важными и огромными.

Дефекты дизайна

А как насчет "дефектов дизайна" в человеческом глазе? Существует известный аргумент в пользу эволюции, что интеллектуальный дизайнер ничего не создавал бы с дефектами. Эволюция, с другой стороны, будучи естественным процессом проб и ошибок, легко объясняет существование дефектов в природном мире. Хотя многих это доказательство убедило, оно само по себе предполагает мотивы и возможности дизайнера. Говорить, что все созданное должно соответствовать нашим индивидуальным убеждениям о совершенстве, перед тем как мы сможем определить дизайн, вводит в заблуждение.

Другая проблема выявления дефектов дизайна в природе заключается в том, что нам не известна вся информация, которую необходимо знать. То, что нам изначально кажется дефектом дизайна, может оказаться преимуществом, как только мы больше узнаем о потребностях определенной системы или существа. В любом случае, давайте детальнее рассмотрим предполагаемые дефекты дизайна человеческого глаза. В своей книге 1986 года, "Слепой часовщик", известный биолог-эволюционист Ричард Доукинс выдвигает это аргумент дефекта в дизайне глазе человека:

Любой инженер естественно предположил бы, что фотоэлементы будут направлены к свету, а их провода будут направленными обратно к мозгу. Он высмеивал бы любое предположение, что фотоэлементы могут быть направленными от света, а их провода, остались на стороне, наиболее близко расположенной к этому свету. И все же, точно так это происходит во всех сетчатках позвоночных. Каждый фотоэлемент, в действительности, подключен "задом наперед", а его провод торчит в сторону, наиболее близкой к свету. Провод должен двигаться по поверхности сетчатки к месту, где он проходит через отверстие в сетчатке (так называемое "слепое пятно"), чтобы затем присоединиться к оптическому нерву. Это означает, что свет, вместо того чтобы без препятствий проходить к фотоэлементам, должен преодолеть массу соединенных проводов, и, по-видимому, испытывает некоторое ослабление и искажение (фактически, не очень большое, но, тем не менее, это является принципом, который оскорбил бы любого мыслящего инженера). Я не ожидаю точного объяснения этого странного положения дел. Соответствующий период эволюции произошел так давно.

Доказательство Доукинса, определенно, кажется интуитивным. Проблема Доукинса не в обосновании интуицией, а скорее в недостатке проверки его гипотезы. Она может казаться сколь угодно обоснованной до тех пор, пока Доукинс не будет иметь возможности проверить свои предположения, чтобы в действительности увидеть насколько "перевернутая" конструкция сетчатки лучше "неперевернутой" для потребностей человека. Эта гипотеза остается непроверенной, и поэтому не поддерживается научным методом. Кроме этой проблемы существует еще одна: даже если бы Доукинс доказал с научной стороны, что перевернутая сетчатка на самом деле более необходима для человеческого зрения, это все еще не опровергло бы дизайн с научной точки зрения.

Сила теории дизайна остается не в ее возможности проявлять совершенство в дизайне, а в ее возможности указывать на статистическую невозможность натуралистического метода для объяснения сложности жизни, которая очевидна в такой структуре, как человеческий глаз. Предполагаемые дефекты не устраняют этого статистического вызова эволюционным теориям. Ошибка Доукинса заключается в предположении, что размышления, знания и мотивация всех дизайнеров похожи на его размышления, знания и мотивацию. Проблемы Доукинса далее обостряются его собственным признанием, что перевернутая сетчатка прекрасно функционирует. Его аргумент обсуждает не технические неисправности перевернутой сетчатки, а касается эстетики. Перевернутая сетчатка не кажется ему правильной, не смотря на тот факт, что она используется животными, обладающими наиболее острыми в мире зрительными системами (формирующими изображение).

Неперевернутая против перевернутой

Наиболее развитые неперевернутые сетчатки в мире принадлежат осьминогу и кальмару (головоногим). Средняя сетчатка осьминога содержит 20 миллионов клеток-фоторецепторов. Средняя человеческая сетчатка содержит примерно 126 миллионов клеток-фоторецепторов. Это ничто по сравнению с птицами, у которых в 10 раз больше фоторецепторов и в 2-5 раз больше колбочек, чем у людей.

В сетчатке глаза человека есть место, которое называется "центральной ямкой". Ямка является центральным местом в центральной части человеческой сетчатки, называемой пятном. В этой области у людей намного большая концентрация фоторецепторов, особенно колбочек. Также, кровяные сосуды, нервные и ганглиозные клетки расположены в ней таким образом, что они не размещаются между источником света и клетками фоторецепторов, тем самым, устраняя даже эту незначительную помеху непосредственному проходу света. Это создает область высокой визуальной резкости с уменьшением визуальной резкости к периферии человеческой сетчатки.

Колбочки в пятне (и в любом другом месте) также имеют пропорцию 1:1 по отношению к ганглиозным клеткам. Ганглиозные клетки помогают предварительно обрабатывать информацию, полученную от фоторецепторов сетчатки. Что касается палочек сетчатки, одна ганглиозная клетка получает информацию от множества, даже сотен клеток-палочек, но с колбочками, наибольшая концентрация которых находится в пятне, дело обстоит по-другому. Пятно обеспечивает информацию, необходимую для максимальной детализации изображения и, полученная с помощью периферийных участков сетчатки информация помогает обеспечивать как пространственную, так и контекстуальную информацию. По сравнению с периферией, пятно в 100 раз более чувствительно к мельчайшим деталям, чем остальная часть сетчатки. Это дает возможность человеческому глазу фокусироваться на определенном участке в поле зрения, не будучи сильно отвлеченным периферийным зрением.

Сетчатки птиц, с другой стороны, не имеют пятна или ямки, расположенных центрально. Зрительная резкость равна во всех областях. Сетчатки осьминога также не имеют центрально расположенной ямки, но у них есть то, что называется линейным централисом. Он формирует диапазон высшей резкости горизонтально вдоль сетчатки осьминога. Уникальной особенностью глаз осьминога является то, что, не смотря на положение их тела, их глаза всегда поддерживают одну и ту же позицию относительно гравитационного поля Земли, используя орган равновесия статоцист.

Причина этого кроется в том факте, что в сетчатке осьминога размещены определения горизонтальных и вертикальных проекции в полях их зрения. Это предвиденный способ оценивания горизонтальности и вертикальности. Осьминоги используют данную способность не для создания изображения, как это делают позвоночные, а для того, чтобы замечать модели движений. Интересно то, что, не зависимо от формы объекта, осьминог отвечает на конкретные движения, похожие на движения жертвы, так как если бы это действительно была жертва. Тем не менее, если их обычная жертва не двигается, осьминог не реагирует на отсутствие движения. В этом аспекте, зрение осьминога похоже на сложные глаза насекомых.

В действительности, глаз осьминога рассматривается, как сложный глаз с единственной линзой. В некоторых других отношениях, он также более простой в процессе обработки информации, чем глаз позвоночных. Фоторецепторы состоят только из палочек, и информация, передаваемая ими, не проходит сквозь какой-нибудь вид периферийной обработки ганглиозными клетками. Глаза осьминога устроены не для того, чтобы воспринимать мельчайшие детали, но для восприятия схем и способов движения, устраняя, таким образом, потребность в очень высокой обработке, которая наблюдается в глазах человека и позвоночных.

Высокая мощность обработки в человеческом глазе и в глазах других позвоночных не дешева. Она очень дорогая, и тело платит высокую цену за поддержку такого высокого уровня определения и силы обработки. Сетчатка имеет наивысшие из всех тканей тела потребности в энергии и показатели метаболизма веществ. Потребление кислорода человеческой сетчаткой (на грамм ткани) на 50% больше, чем печени, на 300% больше, чем коры головного мозга и на 600% больше миокарда (сердечной мышцы). Но это средний показатель метаболизма кислорода для сетчатки в целом. Отдельно же взятый слой клеток-фоторецепторов имеет значительно больший показатель обмена веществ. Вся эта энергия должна поставляться быстро и в нужном количестве.

Непосредственно под каждым фоторецептором находится слой сосудистой оболочки глаза. Этот слой содержит густой капиллярный пласт, который называется сосудисто-капиллярным. Единственное, что отделяет капилляры от прямого контакта с фоторецепторами - это очень тонкий (как одна клетка) пигментный эпителий сетчатки (ПЭС). Эти капилляры намного больше средних, будучи 18-50 микронов в диаметре. Они обеспечивают огромное количество крови на грамм ткани и составляют 80% притока крови для всего глаза. С другой стороны, артерия сетчатки, которая проходит сквозь "слепое пятно" и распределяется вдоль внешней сетчатки, обеспечивая потребности нервного слоя, вносит только 5% всего снабжения крови сетчатке. Большая близость хороидального снабжения крови к клеткам фоторецепторов без лишней промежуточной ткани или пространства, такого, как нервы или ганглиозные клетки, (то есть, из неперевернутой системы) обеспечивает наиболее быструю и эффективную поставку жизненно-важных питательных веществ, и устраняет большое количество производимых отходов. Клетки, которые удаляют эти отходы и пополняют запасы некоторых необходимых элементов в фоторецепторах, - это клетки ПЭС.

Каждый день палочки и колбочки сбрасывают примерно 10% своих сегментированных дисков. Среднее число дисков у палочек составляет от 700 до 1000, у колбочек - 1000-1200. Это само по себе создает потребность в обмене веществ в клетках ПЭС, которые должны перерабатывать большое количество сброшенных дисков. К счастью, им не нужно далеко перемещаться, чтобы достичь клеток ПЭС, поскольку они обрушиваются с конца фоторецептора, который непосредственно контактирует со слоем клеток ПЭС. Если бы эти диски сбрасывались в обратном направлении (к линзам и роговице), то их высокий уровень сбрасывания, в результате, создал бы мрачное затемнение перед фоторецепторами, которое не очищалось бы настолько быстро, как это было бы необходимо для поддержания высокого уровня визуальной четкости.

Высокий уровень переработки поддерживает высокий уровень чувствительности фоторецепторов. Клетки ПЭС также содержат изомеразу ретинола (витамина А). Трансретинал должен превратиться обратно в 11-цисретинал в визуальном молекулярном каскаде. С помощью витамина А и ретинальной изомеразы клетки ПЭС способны выполнять эту задачу, перенося затем такие обновленные молекулы обратно к фоторецепторам. Интересно, что клетки ПЭС в сетчатках головоногих не имеют ретинальной изомеразы.Тем не менее, сетчатки всех позвоночных все же обладают этим важным энзимом. Описанные выше функции требуют большого количества энергии. И клетки ПЭС так же, как и клетки фоторецепторов, должны быть максимально приближены к хорошему кровяному снабжению, что и наблюдается в действительности.

Как подразумевает само их название, клетки ПЭС пигментированы очень темным черным цветом, который называется меланином. Меланин поглощает рассеивающийся свет, тем самым, предотвращая побочное отражение фотонов и косвенную активацию фоторецепторов. Это значительно помогает в создании четкого/резкого изображения на сетчатке. Для некоторых позвоночных, таких как, к примеру, кошка, существует отличающаяся система, у которой в наличии имеется отражающий слой, позволяющий лучше видеть в темноте (в шесть раз лучше, чем люди), но плохо в дневное время.

Итак, мы видим, что перевернутые сетчатки имеют, по крайней мере, минимальные, если не существенные преимущества, основанные на потребностях их владельцев. У нас также имеется доказательство, что наилучшие глаза в мире для определения изображения и его интерпретации - это всегда глаза с "перевернутой" сетчаткой, у которых есть ретинальная организация. Касательно недостатков в общем, то они не имеют практического значения по сравнению с соответствующими функциями. Даже Докинс признает, что это неудобство является в основном эстетическим. Рассмотрите следующее утверждение Докинса:

За одним исключением, фотоэлементы всех глаз, которые я успел проиллюстрировать, располагались спереди нервов, что соединяли их с мозгом. Это очевидно, но не универсально. Земляной червь, …предположительно, содержит свои фотоэлементы на неправильной стороне соединяющих нервов. То же делает и глаз позвоночных. Фотоэлементы направлены в обратную сторону от света. Это не так глупо как кажется. Поскольку они очень маленькие и прозрачные, то не столь важно, куда они направлены: большинство фотонов будут направляться прямо и затем проходить сквозь ряд помех, нагруженных пигментами, которые ждут, чтобы их поймать.

Эволюционная теория в примерах

В принципе, все органы зрения предназначены для того, чтобы захватывать отдельные частицы света - фотоны. Вполне возможно, что ещё в докембрийский период жили организмы, способные воспринимать свет. Это могли быть и многоклеточные существа, и одноклеточные. Однако первое известное нам животное, наделённое зрением, появилось около 540 миллионов лет назад. А всего через сто миллионов лет, в ордовикском периоде, уже существовали все известные нам сегодня типы органов зрения. Нам остаётся лишь правильно расставить их, чтобы понять их эволюцию.

У одноклеточных животных - например, эвглены зелёной - имеется лишь светочувствительное пятно: "глазок". Оно различает свет, что жизненно важно для той же эвглены, ведь без энергии света в её организме не может протекать фотосинтез, а значит, не образуются органические вещества. До появления этой органеллы - глазка - одноклеточные животные хаотично сновали в толще воды, пока случайно не попадали на свет. Эвглена же всегда плывёт только на свет.

У первых многоклеточных животных органы зрения были крайне примитивны. Так, у многих морских звёзд по всей поверхности тела разбросаны отдельные светочувствительные клетки. Эти животные способны лишь различать светлое и тёмное. Заметив проплывающую тень - хищник? - они спешат зарыться в песок.

У некоторых животных светочувствительные клетки группировались в виде "глазного пятна". Теперь можно было, пусть и очень приблизительно, оценить, с какой стороны двигался хищник. Более пятисот миллионов лет назад глазные пятна появляются у медуз. Этот орган зрения позволял им ориентироваться в пространстве, и медузы заселяют открытое море. Дождевым червям подобные пятна помогают скрываться от света в земле.

Следующую ступень эволюции глаза демонстрируют ресничные черви. В передней части их тела имеются два симметричных пятна: в каждом из них до тысячи светочувствительных клеток. Эти пятна наполовину погружены в пигментную чашку. Свет падает лишь на верхнюю половину пятен, не прикрытую пигментом, и это позволяет животному определить, где находится источник света. При желании можно назвать ресничного червя "животным с двумя глазами".

Постепенно глазное пятно ещё глубже вдавливалось в эпителий. Образовался желобок - "глазной бокал". Подобным органом зрения обладают, например, речные улитки. Его чувствительность заметно зависит от направления взгляда. Однако улитка видит всё вокруг себя расплывчатым, словно глядит сквозь матовое стекло.

Острота зрения повышалась по мере того, как сужалось наружное отверстие глаза. Так появился глаз с точечным зрачком, напоминавший камеру-обскуру. Им смотрит на мир моллюск наутилус, родич давно вымерших аммонитов. Толщина глаза у наутилуса - около сантиметра. На его сетчатке имеется до четырёх миллионов светочувствительных клеток. Однако этот орган зрения улавливает слишком мало света. Поэтому мир для наутилуса выглядит мрачно.

Итак, на каком-то этапе эволюция привела к появлению двух различных органов зрения. Один - назовём его "глаз оптимиста" - позволял видеть всё в светлых красках, но очертания предметов были смутными, неясными, расплывчатыми. Другой - "глаз пессимиста" - видел всё в чёрных тонах; мир казался грубым, изломанным, резко очерченным. Именно от него и происходит наш человеческий глаз.

Позднее над зрачком нарастает прозрачная плёнка; она защищает его от попадания грязи и в то же время меняет его преломляющую способность. Теперь всё больше частиц света попадает внутрь глаза, к его светочувствительным клеткам. Так возникает первый примитивный хрусталик. Он фокусирует свет. Чем больше хрусталик, тем острее зрение. Для обладателя такого органа зрения - а именно он и называется "глазом" - окружающий мир становится ярким и отчётливым.

Глаз оказался таким совершенным органом зрения, что природа "изобрела" его дважды: он появился у головоногих моллюсков, а позднее у нас, позвоночных, причём у обеих групп животных выглядит он по-разному, да и развивается из различных тканей: у моллюсков - из эпителия, а у человека сетчатка и стекловидное тело возникают из нервной ткани, а хрусталик и роговица - из эпителия.

Добавим, что у насекомых, трилобитов, ракообразных и некоторых других беспозвоночных животных сформировался сложный - фасеточный - глаз. Он состоял из множества отдельных глазков - омматидиев. Глаз стрекозы содержит, например, до тридцати тысяч таких глазков.

На все лишь полмиллиона лет

Шведские биологи Дан-Эрик Нильсон и Сюзанна Пелгер из Лундского университета смоделировали на компьютере историю эволюции глаза. В этой модели всё началось с появления тонкого слоя клеток, чувствительных к свету. Над ним лежала прозрачная ткань, сквозь которую проникал свет; под ним - непрозрачный слой ткани.

Отдельные, незначительные мутации могли менять, например, толщину прозрачного слоя или кривизну светочувствительного слоя. Они происходили случайно. Ученые лишь внесли в свою математическую модель правило: если мутация улучшала качество изображения хотя бы на один процент, то она закреплялась в последующих поколениях.

В конце концов, "зрительная плёнка" превратилась в "пузырёк", заполненный прозрачным студнем, а затем и в "рыбий глаз", снабжённый настоящим хрусталиком. Нильсон и Пелгер попробовали оценить, сколько времени могла длиться подобная эволюция, причём они выбрали худший, самый медленный вариант развития. Всё равно результат оказался сенсационным. Краткая история глаза насчитывала всего… чуть более полумиллиона лет - сущий миг для планеты. За это время сменилось 364 тысячи поколений животных, наделённых различными промежуточными типами органов зрения. Путём естественного отбора природа "проверила" все эти формы и выбрала лучшую - глаз с хрусталиком.

Подобная модель наглядно доказывает, что как только первые примитивные организмы открыли саму возможность "запечатлевать" мир - моментально копировать одним из своих органов расположение окружающих предметов и их форму, - тут же этот орган начал совершенствоваться, пока не достиг высшей формы развития. История глаза, в самом деле, оказалась краткой; она была "молниеносной войной" за возможность "видеть всё в истинном свете". В победителях числятся все - и человек, и рыбы, и насекомые, и улитки, и даже эвглена, порой получше нас, "амбивалентных", различающая, где чёрное, а где белое.

Позднее немецкий биолог Вальтер Геринг выяснил, что ген под названием Pax-6 формирует органы зрения у человека, мышей и плодовых мушек дрозофил. Если он имеет дефект, глаз не развивается вовсе или остаётся в зачаточном виде. В свою очередь, при встраивании гена Pax-6 в определённые участки генома у животного появлялись дополнительные глаза.

Опыты показали, что ген Pax-6 отвечает лишь за развитие органов зрения, а не за их тип. Так, с помощью гена, принадлежавшего мыши, учёный запускал механизм развития глаз у дрозофил, причём у них появлялись дополнительные органы зрения - тоже фасеточные - на ногах, крыльях и усиках. "С их помощью насекомые также могли воспринимать свет, - отмечает Вальтер Геринг, - ведь нервные окончания тянулись от дополнительных органов зрения к соответствующему участку головного мозга".

Позднее тот же генетик сумел вырастить на голове лягушки дополнительные глаза, манипулируя геном Pax-6, взятым у дрозофилы. Его коллеги обнаружили тот же самый ген у лягушек, крыс, перепелов, кур и морских ежей. Исследование гена Pax-6 показывает, что все известные нам типы органов зрения могли возникнуть благодаря генетическим мутациям одного и того же "первоглаза".

Впрочем, есть и другие мнения. Ведь, например, у медуз нет гена Pax-6, хотя органы зрения есть. Возможно, этот ген лишь на каком-то этапе эволюции стал управлять развитием зрительного аппарата.

Вот что говорит по этому поводу Д. Э. Нильсон:

У простейших организмов ген Pax-6 отвечает за формирование передней части тела, а поскольку она лучше всего приспособлена для размещения здесь органов чувств, этот ген позднее стал отвечать и за развитие органов зрения.