Интеллектуальная викторина с ответами «В мире насекомых» для учащихся начальных классов
Бестик Ирина Викторовна, воспитатель КГУ «Областная специальная (коррекционная) школа-интернат для детей с нарушениями слуха», Республика Казахстан, СКО, г. Петропавловск.
Описание: познавательный тест о насекомых предназначен педагогам, работающим в начальном звене, для организации летнего досуга в форме интеллектуальной викторины по экологическому воспитанию младших школьников, расширяет кругозор детей об интересных фактах из жизни насекомых. Учащиеся должны ответить на предложенные вопросы теста по данной теме, подобрав один правильный ответ к каждому вопросу.
Цель:
организация летнего досуга в форме познавательной викторины для учащихся начального звена по теме: «Насекомые».
Задачи:
- проверить знания учащихся по данной теме;
- расширить кругозор детей о многообразном мире насекомых,
- познакомить учащихся с интересными фактами из жизни насекомых;
- прививать интерес учащихся к изучению жизни насекомых;
- воспитывать бережное отношение к природе;
- развивать логическое мышление, познавательные способности и память учащихся.
Интеллектуальная викторина «В мире насекомых» (для учащихся начальных классов)
1. Какие первые живые существа появились на Земле более 400 млн. лет назад?А) рыбы;
Б) животные;
В) насекомые ;
Г) динозавры.
2. Какой раздел науки изучает насекомых?
А) зоология;
Б) энтомология ;
В) альгология;
Г) ихтиология.
3. Сколько мирового урожая в год поедают насекомые?
А) 10-15%;
Б) 5-10%;
В) 15-20%;
Г) 25-30% .
4. Какие насекомые создают из глины высокие башни, где находят пристанище другие насекомые?
А) муравьи;
Б) термиты ;
В) пчелы;
Г) осы.
5. Какое насекомое притворяется мертвым при нападении?
А) бабочка ;
Б) стрекоза;
В) светлячок;
Г) богомол.
6. Какое насекомое обладает самым большим мозгом по отношению к своему телу?
А) комар;
Б) богомол;
В) муравей ;
Г) гусеница.
7. Какие насекомые узнают и находят друг друга с помощью световых сигналов?
А) светлячки ;
Б) муравьи;
В) гусеницы;
Г) жуки.
8. Какое насекомое является самым тяжелым, вес которого достигает 100 грамм?
А) жук-златка;
Б) жук-голиаф ;
В) майский жук;
Г) жук-бомбардир.
9. Какое насекомое является самым быстрокрылым?
А) муха;
Б) оса;
В) стрекоза ;
Г) бабочка.
10. Какое насекомое способно не есть до 10 лет?
А) клещ ;
Б) комар;
В) муравей;
Г) пчела.
11. В какой стране считаются деликатесом жареные сверчки и саранча?
А) в Новой Зеландии;
Б) в Индии;
В) во Франции;
Г) в Таиланде
.
12. У какого насекомого имеется 5 глаз, 3 из которых располагаются наверху головы, а 2 в передней ее части?
А) муравей;
Б) пчела
;
В) кузнечик;
Г) долгоносик.
13. Какое единственное насекомое может поворачивать голову?
А) муравей;
Б) кузнечик;
В) богомол ;
Г) гусеница.
14. Какого цвета кровь у кузнечика?
А) белого цвета
;
Б) красного цвета;
В) синего цвета;
Г) черного цвета.
15. Какому насекомому необходимо солнечное тепло для того, что бы летать?
А) стрекоза;
Б) овод;
В) пчела;
Г) бабочка .
16. Какое насекомое, подвергаясь нападению, впрыскивает пахнущую жидкость из коленных суставов своих ног?
А) жук-олень;
Б) божья коровка ;
В) богомол;
Г) саранча.
17. Какого насекомого личинка является страшным подводным хищником, нападающая даже на маленьких рыбок?
А) кузнечика;
Б) пилильщика;
В) богомола;
Г) стрекозы .
18. Какое насекомое восполняет потерю жидкости, высасывая слёзы у спящих животных?
А) моль ;
Б) клещ;
В) овод;
Г) комар.
19. Какое насекомое издает самый громкий звук, сравнимый с нахождением рядом с оркестром?
А) кузнечик;
Б) саранча;
В) жук-бомбардир;
Г) водяной клоп .
Экология
По словам ученых, глаза развились еще около 540 миллионов лет назад, это был обычный орган для обнаружения света. Сегодня зрение является крайне важным для многих животных, в том числе и для людей, оно очень усложнилось и стало разнообразным.
Взгляните на некоторые из самых странных и невероятных глаз в животном царстве.
12. Горная коза
Все мы знаем, что зрачки круглые, потому как круглые зрачки – это то, что мы видим чаще всего (у человека), но это нельзя отнести к козам (и большинству других животных с копытами), у которых горизонтальные прорези, принимающие при расширении прямоугольную форму. Это дает козам возможность видеть на 320-340 градусов вокруг себя, то есть они видят практически все вокруг без необходимости поворотов головы (для сравнения: человек видит на 160-210 градусов).
Следовательно, животные с прямоугольными глазами могут видеть лучше ночью из-за наличия больших зрачков, которые в течение дня очень узкие, так как закрываются с целью ограничения доступа света. Интересно, что и у осьминогов прямоугольные зрачки.
11. Трилобиты
Трилобиты были одной из самых успешных групп животных всех времен, которые процветали в течение практически 300 миллионов лет, задолго до того, как Землю стали населять динозавры. Хотя некоторые их виды были безглазыми, большинство обладало сложными глазами, похожими на глаза насекомых.
Странный факт о глазах трилобитов заключается в том, что оболочка их глаза была сделана из неорганических кристаллов кальцита (минерал, являющийся основным компонентом известняка и мела). В чистом виде кальцит прозрачный, что вполне подходит в качестве материала для глазного хрусталика.
Эти хрустальные глаза являются уникальной особенностью трилобитов, потому как глаза современных беспозвоночных состоят из органического вещества хитина. Благодаря своему необычному составу, глаза трилобитов были очень жесткими и не могли на чем-то сосредоточиться, вместо этого, трилобиты корректировали фокусировку с помощью внутреннего механизма глаза, который не только разрешал любые потенциальные проблемы, связанные с минеральным хрусталиком, но и давал трилобитам настолько хорошее зрение, что они могли удерживать в фокусе одновременно как дальние, так и ближние объекты.
Если это не показалось вам достаточно странным, то стоит отметить, что у некоторых трилобитов глаза располагались на конце вытянутых век, в то время как у других глаза представляли собой нависающую "повязку", которая защищала их от яркого солнечного света. Так как поверхность глаза у них была из кальцита, окаменелости очень хорошо сохранились, поэтому о зрении трилобитов известно больше, чем о любом другом историческом существе в общем.
10. Долгопяты
Долгопят – это небольшой (размером с белку) ночной примат, обитающий в тропических лесах Юго-Восточной Азии. Это единственный исключительно хищный примат в мире, питающийся ящерицами и насекомыми. Известны даже случаи, когда они ловят птиц во время их полета. Самой замечательной их особенностью несомненно являются огромные глаза, которые самые крупные среди всех млекопитающих по отношению к размерам тела.
Если человеческие глаза были такими же по пропорциям как глаза долгопятов, то они были бы размером с грейпфрут. Эти огромные глаза сидят глубоко в черепе, и не могут поворачиваться в глазницах. Чтобы компенсировать это долгопяты имеют очень гибкую шею и могут вращать головой на 180 градусов, так же как и сова, в поиске потенциальных жертв.
Каждый его глаз весит больше, чем весь мозг, а зрение у этого животного очень острое. Более того, долгопяты обладают превосходным ночным зрением, что позволяет предположить, что они способны разглядеть даже ультрафиолетовый свет. С другой стороны, судя по всему у них очень слабо развито цветовое зрение, как в случае со многими ночными животными (в том числе и с домашними кошками, и с совами).
9. Уникальное животное хамелеон
Хамелеон известен своей особенностью менять цвет. Это помогает ему общаться и демонстрировать свои намерения и настроения другим хамелеонам (только несколько их видов используют изменения цвета для камуфляжа). У этих ящериц также очень необычные глаза, их веки сливаются и покрывают практически все глазное яблоко, за исключением небольшого отверстия, через которое зрачок может видеть.
Каждый глаз может перемещаться независимо от другого, поэтому хамелеон может одновременно сканировать добычу и потенциальную угрозу. Это также говорит о том, что хамелеон обладает 360-градусным полем обзора.
Когда хамелеон видит потенциальную жертву (это, как правило, насекомые, хотя самые крупные виды питаются мышами и другими мелкими позвоночными), на нее нацелены оба глаза, таким образом он достигает эффекта стереоскопического зрения, которое очень важно в данном контексте, если учесть, что хамелеон захватывает добычу, "выстреливая" языком на высокой скорости, а это техника, которая требует точности в расстоянии и глубине в восприятии. Хамелеоны имеют очень острое зрение, они в состоянии увидеть насекомое на расстоянии нескольких метров, и как и долгопяты, они могут видеть ультрафиолетовые лучи.
8. Удивительное насекомое стрекоза
Стрекоза, которая возможно является самым грозным воздушным охотником среди насекомых, также обладает одними из самых удивительных глаз в животном мире. Они настолько большие, что охватывают практически всю голову, придавая ей внешний вид шлема, и даря обзор на 360 градусов.
Эти глаза состоят из 30000 визуальных элементов, называемые омматидиями, каждая из которых содержит объектив и ряд светочувствительных клеток. Их зрение превосходно, они различают широчайший спектр цветов и поляризованный свет, они особенно чувствительны к движению, поэтому крайне быстро распознают любую потенциальную добычу или врага.
Некоторые виды стрекоз, которые "охотятся" в сумерках, обладают совершенным зрением в условиях низкой освещенности, в то время как мы, люди, едва ли в состоянии что-либо разглядеть. Более того, у стрекозы есть три маленьких глаза, которые могут обнаружить движение еще быстрее, чем это делают большие. Эти глазки быстро отправляют визуальную информацию в центральную нервную систему стрекозы, что позволяет ей реагировать за доли секунды.
Возможно, именно благодаря этой особенности можно объяснить происхождение уникальных акробатических навыков насекомых. Несмотря на то, что стрекозы – это не единственные насекомые, обладающие дополнительными маленькими глазками (некоторые осы и мухи также их имеют), у стрекоз они максимально развиты.
7. Листохвостый геккон
Сатанинский геккон (его второе название) обладает глазами довольно сюрреалистического вида, их зрачки вертикальные и имеют ряд отверстий, которые расширяются ночью, позволяя этим ящерицам брать столько света, сколько возможно. У глаз также гораздо больше светочувствительных клеток, чем у человеческого глаза, это дает животным возможность обнаруживать объекты и даже видеть цвета в ночное время.
Чтобы вы понимали, насколько на самом деле удивительно ночное зрение геккона, стоит просто отметить, что если кошки и акулы могут видеть в шесть и десять раз лучше чем люди, то листохвостые гекконы и другие ночные виды гекконов видят до 350 раз лучше, чем мы при тусклом свете.
Эти животные также обладают странными, замысловатыми узорами на глазах, что обеспечивает их камуфляжем. У этих ящериц есть веки, а глаза защищены прозрачной оболочкой, которую гекконы очищают при помощи своего языка.
6. Колоссальный кальмар
Не следует путать с более известным, но меньшим по размеру гигантским кальмаром. Колоссальный кальмар является самым крупным беспозвоночным известным науке, он также обладает одними из самых крупных глаз в животном царстве. Каждый глаз кальмара достигает в диаметре до 30 см, он может быть больше чем тарелка, а хрусталик его глаза размером с апельсин. Эти огромные глаза позволяют кальмару видеть при тусклом свете, что очень полезно для животного, которое проводит большую часть своей жизни охотясь на глубине более 2000 метров.
Следует отметить, что до сих пор пойман был только колоссальный кальмар – юнец, взрослая же особь может вырасти до 15 метров в длину. У этих гигантов глаза еще больше. В отличие от гигантского кальмара, колоссальный кальмар обладает стереоскопическим зрением, и владеет отличной способностью точной оценки расстояния. Еще более удивительная особенность заключается в том, что каждый глаз имеет встроенную "фару", орган, который может выдавать столько света, сколько нужно кальмару для того, чтобы разглядеть свою жертву в темноте.
4. Четырехглазая рыба
Найденная в Мексике, Центральной Америке и Южной Америке, эта рыбка, размером до 32 см, обычно обитает в пресной или соленой воде (хотя неоднократно ее замечали и на морских побережьях). Она питается в основном насекомыми, поэтому большую часть времени она проводит, плавая у поверхности.
Несмотря на свое название, у четырехглазой рыбы на самом деле два глаза, каждый из которых разделен частью плоти, при этом все четыре "части" обладают своими собственными зрачками. Такое странное "приспособление" позволяет четырехглазой рыбе отлично видеть как выше, так и ниже ватерлинии, сканируя добычу и хищников.
Верхняя половина глазного яблока приспособлена к тому, чтобы видеть в воздухе, в то время как нижняя половина предназначена для подводного видения. Хотя обе половины глаза пользуются тем же хрусталиком, толщина оболочки отличается в верхней и нижней частях, поэтому и поведение рыбы в воздухе и в воде различное.
Это означает, что когда четыре глаза рыбы полностью погружены в воду, верхние половинки глаз оказываются не в фокусе. К счастью, рыба проводит большую часть своей жизни у поверхности воды, а погружается очень редко лишь с той целью, чтобы защитить верхние половинки глаз от обезвоживания.
4. Стеблеглазая муха
Эти небольшие, но захватывающие существа чаще всего встречаются в джунглях Юго-Восточной Азии и Африки, однако есть некоторые виды, которые обитают в Европе и Северной Америке. Они получили свое название из-за длинных, похожих на стебли образований, расположенных по бокам головы, на концах которых находятся глаза.
Мужские особи мух, как правило, обладают более длинными и крупными стебельками, чем женские. В свою очередь, самки предпочитают самцов с самыми длинными глазными стебельками. Самцы часто во время брачного сезона стоят лицом друг к другу и меряются своими стебельками, победителем оказывается тот, у кого стебель самый длинный.
Более того, самец стеблеглазой мухи обладает экстраординарными способностями, которые помогают ему увеличить в размерах глаза и стебли: они глотают воздух через рот и "проталкивают" его через протоки в глазные стебельки. В основном они делают это во время брачного периода.
3. Долихоптерикс лонгипес
Это глубоководная рыба, которая обладает одной из самых странных глазных структур среди всех известных науке. У каждого глаза имеется боковой отек под названием дивертикул, который отделен от основного глаза перегородкой. В то время, как основная часть глаза обладает оболочкой и функциями, которые аналогичны функциям глаз других животных, дивертикул имеет изогнутое композитное "зеркало", состоящее из нескольких слоев кристалликов.
Это "зеркало" собирает намного больше света, чем обычный глаз. Дивертикула отражает свет и фокусирует его на сетчатке, позволяя рыбе видеть как вверху, так и внизу одновременно.
Эта рыба является единственным известным позвоночным, которое использует зеркальную структуру глаза, чтобы просто видеть, то есть как обычные линзы. Ее можно найти в разных частях света, однако увидеть получается крайне редко, потому что большую часть своей жизни рыба проводит на глубине 1000-2000 метров. Они питаются мелкими ракообразными и планктоном, а длина их тела около 18 см.
2. Пауки – огры
Эти пауки широко известны тем, что обладают большим количеством глаз (хотя их число сильно варьируется среди различных видов, от 2 до 8). Лицо паука – огры обладает шестью глазами, но это выглядит так, будто у него их только два, потому что средняя пара значительно больше всех остальных.
Все это создано для удобства ночного образа жизни. Обладая лицом немного устрашающего вида, пауки имеют превосходное ночное зрение не только благодаря своим глазам, но и благодаря наличию слоя крайне чувствительных клеток, покрывающего их.
Эта мембрана настолько чувствительна, что на рассвете она самоуничтожается, а ночью появляется новая. Лицо этого паука выглядит необычно, потому что он может прекрасно видеть ночью, но при этом у него отсутствует отражающая мембрана, которая помогает другим паукам (и другим хищникам) видеть в условиях низкой освещенности. На самом деле, ученые полагают, что этот паук на самом деле обладает ночным видением, которое лучше чем у кошки, акулы и даже совы (которая может видеть ночью до 100 раз лучше человека).
1. Раки – богомолы
И наконец, мы добрались до животного, которое обладает самыми странными и самыми удивительными глазами в мире. Раки – богомолы – это не креветки, а членистоногие, принадлежащие к другому виду ракообразных из отряда ротоногих. Они известны своей агрессивностью и грозным оружием (у них очень мощные и острые когти, которые с легкостью разрубят человеческий палец или даже разобьют аквариумное стекло с одного удара). Раки – богомолы – это прожорливые хищники, живущие в основном в тропических водах.
Их глаза очень сложные по строению, но похожие на глаза стрекозы. Они также обладают омматидиями (около 10000 на каждый глаз), однако, у раков – богомолов каждая определенная часть омматидиев обладает определенной функцией. К примеру, некоторые из них используются для обнаружения света, другие для определения цвета и т.д. У раков – богомолов гораздо лучше развито цветовое зрение, чем у человека, их глаза обладают 12 типами цветовых рецепторов, тогда как у человека их только 3.
Более того, они обладают ультрафиолетовым, инфракрасным и поляризованным зрением, тем самым их зрение является самым сложным среди всех животных. Глаза расположены на конце особого стебля и могут перемещаться независимо друг от друга, вращаясь на 70 градусов. Интересно, что визуальная информация обрабатывается самими глазами, а не мозгом.
Еще более странным является тот факт, что каждый глаз рака – богомола разделен на три части, что позволяет членистоногому видеть объекты с трех различных точек зрения одного и того же глаза. Иными словами, каждый глаз обладает "тринокулярным зрением" и полным восприятием глубины, а это значит, что если рак потеряет глаз, оставшийся глаз будет по-прежнему в состоянии судить о глубине и о расстоянии так же четко, как и человек своими двумя глазами.
Ученые только начинают понимать секреты зрения, подобно тому, каким обладает рак – богомол, поэтому на данный момент мы можем только представить себе, каким видит мир это существо.
2 класс
Олимпиада по окружающему миру
Фамилия, имя_______________________________________________Класс____________
1. Без крыльев летят, без ног бегут, без паруса плывут. _____________________________
2. Какая птица выводит птенцов зимой? __________________________________________
3. Насекомое, у которого может быть несколько глаз. _______________________________
4. Обитатель водоёмов, который передвигается задом наперёд. _______________________
5. Какая птица, обитающая в Антарктиде, не летает, но зато плавает так же, как рыба?
6. Как называется временное повышение температуры воздуха зимой или ранней весной?
________________________________________________________________________
7. Как называется прибор для определения сторон горизонта? _________________________
8. Какие птицы прилетают с юга первыми? ________________________________________
9. Какая птица имеет гребень, но не причёсывается? ________________________________
10. Что птицам страшнее: голод или холод? ________________________________________
11. Чем больше колец, тем старше жилец. _________________________________________
12. Чем дышат лягушки под водой? _______________________________________________
13. Про какое животное можно сказать, что оно «вылезает из кожи вон»? _______________
14. Какой новорождённый весит больше взрослого слона? ____________________________
15. Что такое ветер? ____________________________________________________________
16. Какой предмет сделан из того, что когда-то было живым? Подчеркните.
А) глиняная кружка; в) стальной нож;
Б) льняное платье; г) кирпичный дом.
17. Вам даны четыре слова. Три из них объединены общим признаком. Четвёртое слово к ним не подходит. Найдите его и подчеркните.
А) Клён, сирень, ясень, дуб. в) Яблоко, шишка, слива, апельсин.
Б) Корень, стебель, пень, лист. г) Ландыш, кислица, одуванчик, орешник.
18. Как называется единственное насекомое, прирученное человеком и приносящее ему пользу? _____________________________________________________________________
19. Какое растение даёт нам белый хлеб? Подчеркни.
А) рожь; б) пшеница; в) овёс; г) картофель.
20. Как называется самая необходимая для жизни человека звезда? Подчеркни.
А) Полярная звезда; б) Солнце; в) созвездие Кассиопея.
21. Соедини линиями части народных примет.
Декабрь год кончает к потеплению.
Яркие звёзды к морозу, тусклые - жди мороза.
Синичка с утра начинает пищать зиму начинает.
22. Напиши, каким цветом надо раскрасить флаг России.
С точки зрения насекомого
Считается, что до 90% знаний о внешнем мире человек получает при помощи своего стереоскопического зрения. Зайцы обзавелись боковым зрением, благодаря которому они могут видеть объекты, находящиеся сбоку и даже позади себя. У глубоководных рыб глаза могут занимать до половины головы, а теменной «третий глаз» миноги позволяет ей неплохо ориентироваться в воде. Змеи способны видеть только движущийся объект, а самыми зоркими в мире признаны глаза сокола-сапсана, способного выследить добычу с высоты 8 км!
Но как видят мир представители самого многочисленного и разнообразного класса живых существ на Земле – насекомых? Наряду с позвоночными животными, которым они проигрывают только по размерам тела, именно насекомые обладают наиболее совершенным зрением и сложноустроенными оптическими системами глаза. Хотя фасеточные глаза насекомых не обладают аккомодацией, вследствие чего их можно назвать близорукими, однако они, в отличие от человека, способны различать чрезвычайно быстро двигающиеся объекты. А благодаря упорядоченной структуре своих фоторецепторов многие из них обладают настоящим «шестым чувством» – поляризационным зрением
Меркнет зрение – сила моя,
Два незримых алмазных копья…
А. Тарковский (1983)
Трудно переоценить значение света (электромагнитного излучения видимого спектра) для всех обитателей нашей планеты. Солнечный свет служит основным источником энергии для фотосинтезирующих растений и бактерий, а опосредованно через них – и для всех живых организмов земной биосферы. Свет непосредственно влияет на протекание всего многообразия жизненных процессов животных, от размножения до сезонной смены окраски. И, конечно, благодаря восприятию света специальными органами чувств, животные получают значительную (а часто и большую) часть сведений об окружающем мире, могут различать форму и цвет объектов, определять движение тел, ориентироваться в пространстве и т. п.
Зрение особенно важно для животных, способных активно передвигаться в пространстве: именно с возникновением подвижных животных начал формироваться и совершенствоваться зрительный аппарат – сложнейший из всех известных сенсорных систем. К таким животным относятся позвоночные и среди беспозвоночных – головоногие моллюски и насекомые. Именно эти группы организмов могут похвалиться самыми сложноустроенными органами зрения.
Однако зрительный аппарат у этих групп значительно различается, как и восприятие образов. Считается, что насекомые в целом более примитивны по сравнению с позвоночными, не говоря уже о высшем их звене – млекопитающих, и, естественно, человеке. Но вот насколько различается их зрительное восприятие? Иными словами, намного ли отличается от нашего мир, увиденный глазами маленького создания по имени муха?
Мозаика из шестигранников
Зрительная система насекомых в принципе не отличается от таковой у других животных и состоит из периферических органов зрения, нервных структур и образований центральной нервной системы. Но что касается морфологии органов зрения, то здесь различия просто бросаются в глаза.
Всем знакомы сложные фасеточные глаза насекомых, которые встречаются у взрослых насекомых или у личинок насекомых, развивающихся с неполным превращением , т. е. без стадии куколки. Исключений из этого правила не так много: это блохи (отряд Siphonaptera), веерокрылые (отряд Strepsiptera), большинство чешуйниц (семейство Lepismatidae) и весь класс скрыточелюстных (Entognatha).
Фасеточный глаз по виду напоминает корзинку спелого подсолнуха: он состоит из набора фасеток (омматидиев ) – автономных приемников светового излучения, имеющих все необходимое для регуляции светового потока и формирования изображения. Число фасеток сильно варьирует: от нескольких у щетинохвосток (отряд Thysanura) до 30 тыс. у стрекоз (отряд Aeshna). Удивительно, но число омматидиев может варьироваться даже внутри одной систематической группы: например, ряд видов жуков-жужелиц, обитающих на открытых пространствах, имеют хорошо развитые фасеточные глаза с большим количеством омматидиев, в то время как у жужелиц, обитающих под камнями, глаза сильно редуцированы и состоят из небольшого числа омматидиев.
Верхний слой омматидиев представлен роговицей (хрусталиком) – участком прозрачной кутикулы, секретируемой специальными клетками, которая представляет собой своеобразную шестигранную двояковыпуклую линзу. Под роговицей у большинства насекомых располагается прозрачный кристаллический конус, структура которого может различаться у разных видов. У некоторых видов, особенно ведущих ночной образ жизни, в светопреломляющем аппарате имеются дополнительные структуры, играющие главным образом роль антибликового покрытия и увеличивающие светопропускание глаза.
Изображение, сформированное хрусталиком и кристаллическим конусом, попадает на светочувствительные ретинальные (зрительные) клетки, представляющие собой нейрон с коротким хвостиком-аксоном. Несколько ретинальных клеток образуют единый цилиндрический пучок – ретинулу . Внутри каждой такой клетки на стороне, обращенной внутрь омматидия, расположен рабдомер – особое образование из множества (до 75-100 тыс.) микроскопических трубочек-ворсинок, в мембране которых содержится зрительный пигмент. Как и у всех позвоночных, этим пигментом является родопсин – сложный окрашенный белок. Благодаря огромной площади этих мембран фоторецепторный нейрон содержит большое количество молекул родопсина (например, у плодовой мушки Drosophila это число превышает 100 млн!).
Рабдомеры всех зрительных клеток, объединенные в рабдом
, и являются светочувствительными, рецепторными элементами фасеточного глаза, а все ретинулы в совокупности составляют аналог нашей сетчатки.
Светопреломляющий и светочувствительный аппарат фасетки по периметру окружают клетки с пигментами, которые играют роль световой изоляции: благодаря им световой поток, преломляясь, попадает на нейроны только одного омматидия. Но так устроены фасетки в так называемых фотопических глазах, приспособленных к яркому дневному свету.
Для видов, ведущих сумеречный или ночной образ жизни, характерны глаза другого типа – скотопические . Такие глаза имеют ряд приспособлений к недостаточному световому потоку, например, очень большие рабдомеры. Кроме того, в омматидиях таких глаз светоизолирующие пигменты могут свободно мигрировать внутри клеток, благодаря чему световой поток может попадать на зрительные клетки соседних омматидиев. Этот феномен лежит в основе и так называемой темновой адаптации глаз насекомых – увеличении чувствительности глаза при недостаточном освещении.
При поглощении рабдомерами фотонов света в ретинальных клетках генерируются нервные импульсы, которые по аксонам направляются в парные зрительные доли головного мозга насекомых. В каждой зрительной доле имеется по три ассоциативных центра, где и осуществляется переработка потока зрительной информации, одновременно идущей от множества фасеток.
От одного до тридцати
Согласно древним легендам, у людей некогда имелся «третий глаз», отвечающий за сверхчувственное восприятие. Доказательств этому нет, однако та же минога и другие животные, такие как ящерица-гаттерия и некоторые земноводные, имеют необычные светочувствительные органы в «неположенном» месте. И в этом смысле насекомые не отстают от позвоночных: помимо обычных фасеточных глаз у них встречаются небольшие дополнительные глазки – оцелли , расположенные на лобно-теменной поверхности, и стеммы – по бокам головы.
Оцелли имеются в основном у хорошо летающих насекомых: взрослых особей (у видов с полным превращением) и личинок (у видов с неполным превращением). Как правило, это три глазка, расположенные в виде треугольника, но иногда срединный либо два боковых могут отсутствовать. По строению оцелли сходны с омматидиями: под светопреломляющей линзой у них находится слой прозрачных клеток (аналог кристаллического конуса) и сетчатка-ретинула.
Стеммы можно обнаружить у личинок насекомых, развивающихся с полным превращением. Их число и расположение варьирует в зависимости от вида: с каждой стороны головы может располагаться от одного до тридцати глазков. У гусениц чаще встречается шесть глазков, расположенных так, что каждый из них имеет обособленное поле зрения.
В разных отрядах насекомых стеммы могут отличаться друг от друга по строению. Эти различия связаны, возможно, с их происхождением от разных морфологических структур. Так, число нейронов в одном глазке может составлять от нескольких единиц до нескольких тысяч. Естественно, это сказывается на восприятии насекомыми окружающего мира: если некоторые из них могут видеть лишь перемещение светлых и темных пятен, то другие способны распознавать размеры, форму и цвет предметов.
Как мы видим, и стеммы, и омматидии представляют собой аналоги одиночных фасеток, пусть и видоизмененные. Однако у насекомых имеются и другие «запасные» варианты. Так, некоторые личинки (особенно из отряда двукрылых) способны распознать свет даже при полностью затененных глазках с помощью фоточувствительных клеток, расположенных на поверхности тела. А некоторые виды бабочек имеют так называемые генитальные фоторецепторы.
Все такие фоторецепторные зоны устроены схожим образом и представляют собой скопление из нескольких нейронов под прозрачной (или полупрозрачной) кутикулой. За счет подобных дополнительных «глаз» личинки двукрылых избегают открытых пространств, а самки бабочек используют их при откладке яиц в затененных местах.
Фасеточный поляроид
На что способны сложноустроенные глаза насекомых? Как известно, у любого оптического излучения можно выделить три характеристики: яркость , спектр (длину волны) и поляризацию (ориентированность колебаний электромагнитной составляющей).
Спектральную характеристику света насекомые используют для регистрации и распознавания объектов окружающего мира. Практически все они способны воспринимать свет в диапазоне от 300-700 нм, в том числе и недоступную для позвоночных ультрафиолетовую часть спектра.
Как правило, разные цвета воспринимаются различными областями сложного глаза насекомых. Такая «локальная» чувствительность может различаться даже в пределах одного вида в зависимости от половой принадлежности особи. Нередко в одном и том же омматидии могут находиться различные цветовые рецепторы. Так, у бабочек рода Papilio два фоторецептора имеют зрительный пигмент с максимумом поглощения 360, 400 или 460 нм, еще два – 520 нм, а остальные – от 520 до 600 нм (Kelber et al. , 2001).
Но это далеко не все, что умеет глаз насекомого. Как упоминалось выше, в зрительных нейронах фоторецепторная мембрана микроворсинок рабдомера свернута в трубку круглого или гексагонального сечения. За счет этого часть молекул родопсина не участвуют в поглощении света из-за того, что дипольные моменты этих молекул располагаются параллельно ходу светового луча (Говардовский, Грибакин, 1975). В результате микроворсинка приобретает дихроизм – способность к различному поглощению света в зависимости от его поляризации. Повышению поляризационной чувствительности омматидия способствует и то, что молекулы зрительного пигмента не располагаются в мембране хаотично, как у человека, а ориентированы в одном направлении, да к тому же жестко закреплены.
Если глаз способен различить два источника света на основе их спектральных характеристик вне зависимости от интенсивности излучения, можно говорить о цветовом зрении
. Но если он делает это, фиксируя поляризационный угол, как в данном случае, мы имеем все основания говорить о поляризационном зрении насекомых.
Как же воспринимают насекомые поляризованный свет? Исходя из структуры омматидия, можно предположить, что все фоторецепторы должны быть одновременно чувствительными как к определенной длине (длинам) световых волн, так и к степени поляризации света. Но в таком случае могут возникнуть серьезные проблемы – так называемое ложное восприятие цвета . Так, свет, отраженный с глянцевой поверхности листьев или водной глади, частично поляризуется. В этом случае мозг, анализируя данные фоторецепторов, может ошибиться в оценке интенсивности окраски либо формы отражающей поверхности.
Насекомые научились успешно справляться с подобными трудностями. Так, у ряда насекомых (в первую очередь мух и пчел) в омматидиях, воспринимающих только цвет, формируется рабдом закрытого типа , в котором рабдомеры не контактируют между собой. При этом у них имеются также омматидии с обычными прямыми рабдомами, чувствительные и к поляризационному свету. У пчел такие фасетки располагаются по краю глаза (Wehner, Bernard, 1993). У некоторых бабочек искажения при восприятии цвета снимаются за счет значительного искривления микроворсинок рабдомеров (Kelber et al. , 2001).
У многих других насекомых, особенно у чешуекрылых, во всех омматидиях сохраняются обычные прямые рабдомы, поэтому их фоторецепторы способны одновременно воспринимать и «цветной», и поляризованный свет. При этом каждый из этих рецепторов чувствителен лишь к определенному поляризационному углу преференции и определенной длине световой волны. Такое сложное зрительное восприятие помогает бабочкам при питании и откладке яиц (Kelber et al. , 2001).
Незнакомая Земля
Можно бесконечно углубляться в особенности морфологии и биохимии глаза насекомых и все равно затруднится в ответе на такой простой и одновременно невероятно сложный вопрос: как видят насекомые?
Человеку трудно даже представить образы, возникающие в головном мозге насекомых. Но все нужно заметить, что популярная сегодня мозаичная теория зрения , согласно которой насекомое видит изображение в виде своеобразного пазла из шестигранников, не совсем точно отражает суть проблемы. Дело в том, что хотя каждая единичная фасетка фиксирует отдельный образ, являющийся лишь частью цельной картины, эти изображения могут перекрываться с изображениями, полученными с соседних фасеток. Поэтому изображение мира, полученное с помощью огромного глаза стрекозы, состоящего из тысяч миниатюрных камер-фасеток, и «скромного» шестифасеточного глаза муравья, будет сильно различаться.
Что касается остроты зрения (разрешающей способности , т. е. способности различать степень расчлененности объектов), то у насекомых она определяется количеством фасеток, приходящихся на единицу выпуклой поверхности глаза, т. е. их угловой плотностью. В отличие от человека, глаза насекомых не обладают аккомодацией: радиус кривизны светопроводящей линзы у них не меняется. В этом смысле насекомых можно назвать близорукими: они видят тем больше деталей, чем ближе к объекту наблюдения находятся.
При этом насекомые с фасеточными глазами способны различать очень быстро движущиеся объекты, что объясняется высокой контрастностью и малой инерционностью их зрительной системы. К примеру, человек может различать лишь около двадцати вспышек в секунду, а пчела – в десять раз больше! Такое свойство жизненно важно для быстролетающих насекомых, которым нужно принимать решения непосредственно в полете.
Цветовые образы, воспринимаемые насекомыми, также могут быть гораздо сложнее и необычнее, чем у нас. К примеру, цветок, кажущийся нам белым, часто скрывает в своих лепестках множество пигментов, способных отражать ультрафиолетовый свет. И в глазах насекомых-опылителей он сверкает множеством красочных оттенков – указателей на пути к нектару.
Считается, что насекомые «не видят» красный цвет, который в «чистом виде» и встречается в прирорде чрезвычайно редко (исключение – тропические растения, опыляемые колибри). Однако цветы, окрашенные в красный цвет, часто содержат и другие пигменты, способные отражать коротковолновые излучения. А если учесть, что многие из насекомых способны воспринимать не три основных цвета, как человек, а больше (иногда до пяти!), то их зрительные образы должны представлять собой просто феерию красок.
И, наконец, «шестое чувство» насекомых – поляризационное зрение. С его помощью насекомым удается увидеть в окружающем мире то, о чем человек может получить лишь слабое представление с помощью специальных оптических фильтров. Насекомые же таким способом могут безошибочно определять местонахождение солнца на облачном небе и использовать поляризованный свет в качестве «небесного компаса». А водные насекомые в полете обнаруживают водоемы по частично поляризованному свету, отраженному от зеркала воды (Schwind, 1991). Но вот какие при этом они «видят» образы, человеку просто невозможно себе представить…
У всех, кто по той или иной причине интересуется зрением насекомых, может возникнуть вопрос: почему у них не сформировался камерный глаз, подобный человеческому глазу, со зрачком, хрусталиком и прочими приспособлениями?
На этот вопрос в свое время исчерпывающе ответил выдающийся американский физик-теоретик, Нобелевский лауреат Р. Фейнман: «Этому мешает несколько довольно интересных причин. Прежде всего, пчела слишком мала: если бы она имела глаз, похожий на наш, но соответственно уменьшенный, то размер зрачка оказался бы порядка 30 мкм, а поэтому дифракция была бы столь велика, что пчела все равно не могла бы видеть лучше. Слишком маленький глаз - это не очень хорошо. Если же такой глаз сделать достаточного размера, то он должен быть не меньше головы самой пчелы. Ценность сложного глаза в том и состоит, что он практически не занимает места – просто тоненький слой на поверхности головы. Так что, прежде чем давать советы пчеле, не забывайте, что у нее есть свои собственные проблемы!»
Поэтому неудивительно, что насекомые выбрали свой путь в зрительном познании мира. Да и нам, чтобы видеть его с точки зрения насекомых, пришлось бы, для сохранения привычной остроты зрения, обзавестись громадными фасеточными глазами. Вряд ли такое приобретение оказалось бы нам полезным с точки зрения эволюции. Каждому – свое!
Литература
Тыщенко В. П. Физиологияя насекомых. М.: Высшая школа, 1986, 304 С.
Klowden M. J. Physiological Systems in Insects. Academ Press, 2007. 688 p.
Nation J. L. Insect Physiology and Biochemistry. Second Edition: CRC Press, 2008.
