Физика в мире животных: «четырехглазые» рыбы и их «оптические приборы»
Глубоководные рыбы семейства Опистопроктовых известны давно. Впервые их описали более ста лет назад. На первый взгляд, это ничем не примечательная рыба, которая живет там, где царит почти полная тьма. Зачем обитателям таких мест глаза? И все же, большинство представителей видов этого семейства могут видеть, и довольно неплохо. Это возможно благодаря оригинальному строению их глаз.
Они имеют трубчатую форму, и направлены вверх. У рыб это не такое уж и редкое явление — например, вверх направлены и глаза аквариумной рыбки телескопа. Но глаза у Опистопроктовых тубулярные, а не круглые. Они напоминают телескоп, а не глазное яблоко. И строение этого телескопа очень необычное.
Дело в том, что каждый глаз разделен. Часть глаза, которая обращена наверх получает изображение того, что находится сверху, что логично. Вторая часть глаза направлена вниз. Для фокусировки изображения здесь используется зеркальная поверхность. Свет, попадая на внутреннюю часть второй половинке глаза, отражается и фокусируется. Зеркало имеет очень необычную природу, это пластинки серебристых кристаллов, которые расположены в виде чешуек, прилегающих друг к другу.
Ученые считают, что кристаллы зеркала глаза рыбы — это гуанин. Благодаря гуанину блестит и чешуя рыб. Расположены кристаллы-чешуйки в несколько слоев в определенном порядке, благодаря чему угол расположения чешуек изменяется по мере удаления от центра «зеркала». Ученые провели моделирование принципа действия такого глаза, и оказалось, что размещение кристаллов в зеркале позволяет получать рыбке четко сфокусированное изображение. Нижняя половинка помогает рыбе наблюдать за люминесцирующими на глубине организмами. Поднимаясь в слои, где света немного больше, рыба может видеть все, что происходит над ней, перед ней и по бокам. У этих рыб практически круговое зрение.
На фотографии выше (рыбка здесь показана сверху) заметно отражение света от тубулярных глаз. А вот дивертикулярные глаза, которые смотрят вниз, не блестят. Они бы отражали свет только в одном случае — если бы рыбку фотографировали снизу. «Зеркало» во вторичных, дивертикулярных глазах помогает рыбам семейства получать четкое изображения того, что попадает в поле зрения. Благодаря своим глазам рыба может поймать даже слабо люминесцирующую добычу, или же быстро распознать врага и скрыться.
Семейство опистопроктовых включает 6 родов с 10 видами. Ряд видов встречаются очень редко, некоторых из них обнаружили случайно. Например, виды Rhynchohyalus, Dolichopteryx, Winteria, Bathylychnops известны всего по 3–5 экземплярам. Большинство представителей семейства обитают в тропических и умеренно теплых водах Мирового океана. Они предпочитают жить на глубине от 200 до 2500 метров.
Несколько похожим строением своего органа зрения обладает и другая рыба, вида Anableps anableps (четырехглазка). Она обитает не на глубине, как представители семейства Опистопроктовых, а практически на поверхности. Причем большую часть времени рыба проводит сразу в двух средах — водной и воздушной. Ее глаз при этом разделен водной поверхностью на две части. Верхняя часть находится в воздухе, а вторая половина — под водой.
Строение глаза помогает рыбке видеть все, что происходит над водой, а также то, что происходит в воде. Глаз ее разделен на две части слоем эпителиальной ткани. Даже хрусталик имеет необычную форму, он имеет яйцевидную форму и может получать изображения сразу из двух источников. Некоторое представление о строении глаза рыбы могут дать бифокальные очки, линзы которых также разделены на две части.
Верхняя часть глаза рыбы защищена особой полосой радужной оболочки, которая не позволяет слишком ярким солнечным лучам ослепить рыбку. У этих рыб разделяется не только роговица глаза, но и глазное дно, которое образовано сетчаткой. Часть хрусталика, находящаяся в этой части глаза, несколько приплюснута, что позволяет дать неискаженное изображение. В нижней половинки глаза хрусталик выпуклый и утолщенный, что также дает точную картину происходящего вокруг, без искажений. И в воде, и в воздухе четырехглазка видит все без искажений. И все благодаря особому строению глаза и хрусталика.
Кстати, рыбке приходится часто полностью опускать голову в воду, чтобы не допустить пересыхания верхней половинки глаза. Благодаря двойному глазу Anableps anableps может видеть добычу в воздухе (она питается насекомыми), а хищника — в воде. Кроме того, рыбка сразу уплывает, если к воде подходит какое-то животное или человек. Всего четырехглазок три вида. Они обитают в пресных и солоноватых водах Центральной и Южной Америки.
