Козлов издавна ассоциировали с нечистой силой, причём не только из-за выдающихся рогов, но ещё и из-за необычных прямоугольных зрачков. Разумеется, к дьявольским козням необычный взгляд животного не имеет никакого отношения, а вот к эволюции – самое прямое. Но почему у козлов такие глаза? Что это им даёт?
Так впечатляющий некоторых людей прямоугольный зрачок у коз является, по факту, диафрагмой. Изменение его формы позволяет регулировать количество света, которое попадает на сетчатку. И в целом от зрачка, то есть от его формы и размера, зависит качество «картинки», которую увидит животное.
Что влияет на эволюцию глаз?
Козы – травоядные копытные. Они всегда будут жертвами хищников. Козам очень важно постоянно оценивать всё, что их окружает, с точки зрения возможной атаки. Любой объект, которые быстро передвигается в пространстве, сначала воспринимается как хищник и вызывает у животного соответствующую реакцию. Быстрое бегство или оборона помогают травоядным спастись. Это тактика выживания, и для последнего очень важно, чтобы животное своевременно получало информацию об опасности.
А в этом ему как раз помогают глаза. У травоядных они – крупные, несколько навыкате. У коз, в отличие от человека, зрачки расположены горизонтально. Днём они представляют собой узкие щели, которые пропускают ровно столько света, сколько нужно, защищая сетчатку. А вот в сумерках или в тени зрачки начинают расширяться. В итоге они становятся прямоугольными или даже квадратными, завораживая своим видом.
На самом деле это нужно, чтобы животное получило отличный обзор того, что происходит впереди и сзади. Такое строение зрачка позволяет быстро передвигаться по пересечённой местности. И оно становится особенно выигрышным в горах. А ведь именно оттуда родом многие козы.
То есть благодаря такой форме животное видит всю картину вокруг себя на 340°. И при этом козе не нужно поднимать голову или вертеть ею. В итоге выходит двойной «профит»: с одной стороны животное получает возможность спокойно пастись, а с другой – оно постоянно контролирует пространство и может в любой момент сорваться с места. И то, и другое способствует выживанию.
Таким образом, благодаря внимательности коз они находятся в безопасности от хищников. Достаточно всего лишь одному животному из стада заметить хищника, как все сорвутся с места и тем самым спасутся.
Что показали наблюдения в зоопарках?
Исследования живой природы невольно завораживают: уже кажется, что всё известно, например, о тех же козах, когда внимательное наблюдение за ними позволяет выяснить ещё больше. Например, редкие породы коз живут и в зоопарках. Именно там зоологи нередко наблюдают за животными, ведут специальные дневники. И таким образом удалось выяснить, что у коз, когда те пасутся, глаза вращаются так, чтобы зрачки были выровнены по горизонтали. При этом не имеет значения, опущена ли голова животного или нет. Это ещё один прекрасный пример того, к чему может привести эволюция.
Пара дополнительных любопытных фактов о прямоугольных зрачках коз
Щелевидные зрачки коз позволяют им совершенно спокойно пастись не только днём, но и ночью. Это стало возможным благодаря тому, что они пропускают через себя максимум света. И тем самым отчасти напоминает кошек, которые, как и козы, тоже очень хорошо видят в темноте. Только у кошачьих зрачки расположены вертикально. Впрочем, поскольку речь идёт о хищнике, то это и неудивительно: перед эволюцией здесь стояла совсем другая задача. Между прочим, есть один забавный факт: прямоугольные зрачки в природе имеются не только у коз, но ещё и у осьминогов. Вот такой вот неожиданный поворот эволюции.
Многим из нас известно устойчивое выражение: «пучеглазая коза». Однако при первом взгляде на это животное не совсем понятно – откуда оно взялось? Разве глаза у коз так уж выпучены? На самом деле – все гораздо проще и интереснее. Заглянуть любому животному, тем более домашнему, в глаза мало кто догадается.
А, меж тем, если вы внимательно посмотрите в глаза козы – увидите нечто весьма любопытное. Форма козьих зрачков разительно отличается от человеческих, поэтому заглянув них единожды, Вы наверняка постоянно будете обращать на них внимание.
Скорее всего, идиома «пучеглазая коза» возникла как раз из-за этого. Так какие у козы зрачки?
Форма козьего зрачка
По аналогии с формой человеческого зрачка, многие из нас думают, что и у животных они – такие же. Однако это – совсем не так.
Например, у коз – прямоугольные зрачки, расположенные горизонтально!
Днем они выглядят, как узкая щель, а с наступлением темноты превращаются в широкие прямоугольники. Выглядит это настолько необычно, что вспоминаются фильмы о пришельцах с других планет.
Зачем нужен козе зрачок такой формы?
Все дело в том, что дикие предки коз постоянно вынуждены были опасаться различных хищников. Вовремя заметил опасность – смог убежать. Не успел – съели. Такая форма зрачка позволяет козе видеть на 340 градусов, не поворачивая головы! Если сравнить угол зрения козы и человека – то у нас он составляет всего каких-то 160-180 градусов (если не вертеть головой).
Днем, при ярком свете, козьи зрачки сильно сужаются и похожи на две горизонтальные щели. Это позволяет защитить зрение животного от сильного ультрафиолетового света. С наступлением сумерек и последующей темноты зрачки начинают расширяться, пока не принимают форму знакомого всем по учебникам геометрии правильно прямоугольника. Если в помещении очень темно, или козы испугана или находится в состоянии сильного возбуждения, зрачки могут стать вообще квадратными.
Такой механизм преобразования формы позволяет адаптировать зрение животного к текущему уровню освещенности окружающего пространства. Благодаря этому коза, как и многие другие травоядные животные (например, овцы), может даже ночью увидеть готовящегося к атаке хищника даже позади себя, что дает её шанс на спасение бегством. Кроме того, поскольку в дикой природе животные пасутся стадами, они стараются располагаться таким образом, чтобы видеть все окружающее пространство.
Любое животное, заметившее опасность, немедленно оповещает остальных, что повышает шансы на выживание. Поэтому такое необычное строение глаз позволяет козам на выпасах чувствовать себя более-менее безопасно и спокойно кормиться свежей травой. Если хоть одно животное заметит врага – все стадо тут же сорвется с места и ринется прочь.
Интересен тот факт, что при таком замечательном угле обзора и хорошем ночном зрении, козы совершенно неспособны оценить расстояние до окружающих их объектов.
Иногда козы не могут даже правильно определить нужное направление своего движения, поскольку, по сравнению с периферийным, пространственное зрение у них развито гораздо хуже.
Возникновение прямоугольных зрачков у коз
Формирование зрачка такой формы у травоядных животных произошло в процессе эволюции миллионы лет тому назад. Скорее всего, изначально зрачки имели круглую форму, но постоянное воздействие ультрафиолетового излучения (проще говоря – солнечного света) привело к тому, что они стали постепенно сужаться.
Все травоядные питаются, низко опустив голову, вследствие чего сужение происходило именно по горизонтали,чтобы оставлять животным возможность видеть окружающую обстановку, не прерывая кормежки.
Зрачок — это, по сути, диафрагма, которая, сужаясь или расширяясь, регулирует поступление света на сетчатку глаза. Кроме того, его размер и форма влияют на поле зрения и качество получаемого на сетчатке изображения. У разных животных — в зависимости от занимаемых ими экологических ниш, расположения в пищевой цепочке, образа жизни и типа питания — эти характеристики отличаются друг от друга.
Травоядные копытные животные (козы, овцы, коровы, антилопы, лошади и т. д.) в пищевой цепочке всегда являются жертвами для любых хищников. В соответствии с этим их зрительный анализатор формирует зрительную информацию, а мозг ее обрабатывает с точки зрения «менталитета добычи» (prey mentality). Любой быстро движущийся объект, даже если он нечетко виден, вполне может быть атакующим хищником, поэтому любое неожиданное движение сразу вызывает у травоядного защитный рефлекс: оборону и/или бегство.
У всех травоядных крупные глаза, немного навыкате, расположенные практически по бокам головы. Это обеспечивает широчайшее поле зрения. Например, общая ширина поля зрения у лошади составляет приблизительно 350º. Таким образом, лошадь не видит только узкий сектор непосредственно за затылком. (В статье «Моей Планеты» «Мир не нашими глазами» вы можете прочитать и даже наблюдать, как видят мир лошадь, пчела, кошка и др.)
В дневное время при сильном освещении глаза коз и овец имеют вид узкой щели; в темноте зрачок расширяется, приобретая вид прямоугольников или даже квадратов.
Прямоугольный, а точнее, горизонтально-овальный зрачок у травоядных как раз помогает увидеть как можно более широкую панорамную картину вокруг себя. За счет растянутой формы зрачка коза, например, имеет угол обзора почти 340°, то есть при пастьбе спокойно наблюдает происходящее вокруг себя, даже не поднимая головы.
В дневное время при сильном освещении глаза коз и овец имеют вид узкой щели; в темноте зрачок расширяется, приобретая вид прямоугольников или даже квадратов. Такой механизм способствует все тому же — лучшему обзору в темное время суток. Коза, как и другие животные с такими зрачками, способна в ночное время заметить движущегося хищника практически позади себя. При появлении хищника в поле зрения хотя бы одной из коз все стадо успеет убежать.
По данным последних исследований, длинный горизонтальный зрачок также повышает качество изображения объектов впереди и позади животного, что облегчает быстрое движение по неровной или гористой местности, а также помогает глазу захватить больше света вдоль поверхности и меньше ослепительного света над головой. Кроме того, наблюдая за пасущимися животными в зоопарке, исследователи обнаружили, что глаза животных вращаются таким образом, чтобы линия зрачков всегда оставалась выровненной по горизонтали, даже когда головы животных опущены вертикально вниз.
В животном мире существует несколько форм зрачков. И это не только круглые или вертикальные, как у кошек и некоторых змей. У овец и осьминогов, например, зрачки прямоугольные, а самые сложные, пожалуй, у каракатиц.
При ярком дневном свете зрачки коз, овец и некоторых других травоядных животных имеют вид горизонтальной прорези, а когда расширяются, становятся прямоугольными.
Такая форма обеспечивает угол обзора до 340° без поворота головы. Это помогает животным лучше ориентироваться на местностях с равнинным рельефом и, конечно, вовремя замечать хищников. Для сравнения, у человека угол обзора 160-180°.
Глаза с прямоугольными зрачками также у осьминогов и мангустов.
У морской лисицы (она же колючий скат) зрачок с необычным выростом в верхней части, который является частью аппарата эхолокации.
У дневных змей зрачки круглые, у ночных – вертикальные, а у плетевидной носатой змеи они похожи на стрелки.
У некоторых гекконов, которые ведут вечерне-ночной образ жизни, необычные вертикальные зрачки с волнистыми краями. Оказывается, при смыкании зрачок «разбивается» на точечные отверстия; каждое фокусирует свое изображение на сетчатку, а при наложении их друг на друга — ящерица получает исключительно четкую картинку.
У каракатицы тоже зрачки необычной формы – буквой W.
Лягушки бывают настоящие и не настоящие. У всех «подлинных» амфибий зрачок горизонтальный.
А эту необычную рыбку анаблепс из Южной Америки еще называют четырехглазой. В каждом ее глазу по два зрачка: один — вверху, а другой — внизу. Половину выпученного глаза и один свой зрачок рыбешка выставляет наружу и смотрит, что происходит над водной гладью, тогда как нижний зрачок в это же время наблюдает за тем, что происходит под водой.
Рис. 1.A — формы зрачка: вертикальный (кошка), округлый (рысь), круглый (человек) и горизонтальный (овца). B — распределение 214 видов животных по форме зрачка и по образу жизни (Herbivorous — травоядные, Active — активные хищники, разыскивающие жертву, и Ambush — хищники, поджидающие жертву в засаде). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances
У наземных хищников, нападающих из засады, чаще всего встречается вертикальная щель зрачка, а у их жертв, травоядных животных, щель зрачка чаще ориентирована горизонтально. Ученые объясняют эту закономерность различными целями животных двух групп. Вертикальный зрачок позволяет хищникам резче видеть вертикально ориентированные объекты, такие, как их жертвы, а травоядным животным, наоборот, нужно обозревать широкие горизонты, чтобы вовремя заметить хищника, поэтому их зрачки часто приспособлены к тому, чтобы резче видеть горизонтальные линии.
Зрачок регулирует количество света, падающее на сетчатку. Помимо круглых зрачков, просвет которых определяется круговой мышцей — сфинктером зрачка, в природе часто встречаются щелевидные зрачки, снабженные дополнительной парой мышц. Диапазон просвета щелевидного зрачка шире, чем у круглого: площадь вертикального зрачка кошки может меняться в 135 раз, а круглого зрачка человека — только в 15. Поэтому щелевидные зрачки полезны для животных, которые активны и днем, и ночью, в широком диапазоне освещенности. Ведь днем, когда светло, зрачок не должен пропускать слишком много света, а ночью он, наоборот, должен быть как можно шире, чтобы на сетчатку попадало побольше из и так небольшого количества фотонов.
Но щель зрачка может быть ориентирована по-разному — вертикально или горизонтально. Ученые из Калифорнийского и Даремского университетов недавно предположили, что ориентация зрачка не случайна и зависит от образа жизни животного и объектов в зрительном поле, которые для него особенно важны. Они сопоставили данные о форме зрачков 214 наземных видов животных с их образом жизни (рис. 1). Оказалось, что у травоядных животных зрачки в основном ориентированы горизонтально, у активных хищников чаще всего встречается круглая форма зрачка, а у хищников, поджидающих жертв в засаде, чаще всего зрачки ориентированы вертикально. Форма зрачка зависела и от периода суточной активности: у ночных животных зрачки чаще были щелевидными, чем круглыми. Найденным закономерностям соответствовали очень строгие уровни значимости, так что оставалось понять, какими причинами объясняется различие форм зрачков у животных разных групп.
Рис. 2. Вертикальный зрачок позволяет животному достаточно резко видеть вертикальные контуры, располагающиеся чуть ближе или дальше фокусного расстояния. Но горизонтальные линии, даже немного удаленные от фокусного расстояния, выглядят сильно размытыми. Если зрачок горизонтальный, картина будет противоположной. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances
Когда глаз или камера фокусируется на какой-то точке, остальная часть картинки становится размытой. Диаметр размытого круга вокруг определенной точки зрительного поля зависит от разницы расстояний до нее и до точки, на которой сфокусирован глаз, а также от диаметра зрачка. Если зрачок не круглый, глубина резко видимого пространства будет отличаться для разных направлений. Например, животное с вертикальным зрачком будет достаточно резко видеть не только вертикальную линию, на которой оно сфокусировалось, но и вертикальные линии, расположенные чуть дальше или ближе фокусного расстояния. А вот к горизонтальным контурам такой зрачок приспособлен хуже, и горизонтальные линии, на которых животное непосредственно не сфокусировалось, будут сильно размыты (рис. 2). У животных с горизонтально ориентированными щелевидными зрачками картина противоположная: они резко видят горизонтальные контуры, а к восприятию вертикальных объектов приспособлены не так хорошо.
Выгода от определенной формы зрачка зависит и от высоты, на которой располагаются глаза животного. Это легко понять, рассматривая фотографии, сделанные с разного расстояния от объекта съемки: чем ближе к поверхности находится камера, тем выше градиент размытости того, что не находится в фокусе (рис. 3). Поэтому если сравнивать, к примеру, кошку и человека, то кошке намного важнее корректировать размытость изображения, потому что она находится «ближе к земле», чем человек. Из этих соображений ученые предположили, что у животных меньшего роста щелевидные зрачки встречаются чаще, и это предположение подтвердилось, когда исследователи проанализировали данные о размерах животных из своей выборки. Интересно, что у птиц зрачки почти всегда круглые, за единственным исключением — у водорезов вертикальные щелевидные зрачки. Такое исключение подходит под теоретические выкладки исследователей, потому что по образу жизни водорез напоминает наземного хищника маленького роста. Эта птица летает очень низко у поверхности воды, охотясь на рыбу, так что все соображения о расплывчатости изображения, на которое смотрят с близкого расстояния, верны и для водореза.
Рис. 3. Имитация взгляда на плоскость для животных разной высоты (0,6, 0,2 и 0,1 м). Слева высота наибольшая, справа — наименьшая. Чем ближе к земле располагаются глаза животного, тем более размытыми выглядят объекты, не попавшие в фокус. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances
Почему глаза хищников, нападающих из засады, лучше приспособлены, чтобы видеть вертикальные линии, а глаза их травоядных жертв, наоборот, настроены на горизонтальные контуры? Можно только предположить, что хищникам важнее видеть жертву (которая скорее похожа на вертикально ориентированный объект), а жертве, наоборот, нужно обозревать широкие горизонты, которые должны быть ей четко видны, чтобы вовремя заметить угрозу. Кроме того, жертве нужно определять направление, куда бежать, а хищнику нужно только гнаться за жертвой, и окружающие просторы его при этом не очень интересуют.
Разные формы зрачка по нескольку раз независимо друг от друга возникали в ходе эволюции. Получается, что определенная форма зрачка у животных с разным образом жизни — это пример конвергентной эволюции, когда полезный для жизни признак параллельно развивается у организмов, не относящихся к близким группам.
Источник: Martin S. Banks, William W. Sprague, Jürgen Schmoll, Jared A. Q. Parnell and Gordon D. Love. Why do Animals have Pupils of Different Shapes? // Science Advances. 2015. V. 1. P. e1500391. DOI: 10.1126/sciadv.1500391.
