Физика в мире животных: омар и его глаза
Источник: diverkevin.com
Омара многие из нас воспринимают только как ресторанный деликатес. На самом деле, это уникальное животное, оснащенное одной из самых совершенных среди ракообразных зрительных систем. Дело в том, что глаз омара довольно сложен, он состоит из небольших элементов практически идеальной квадратной формы. При сильном увеличении можно видеть разметку глаза омара на квадраты.
Представители семейства омаров имеют большие клешни, в остальном их форма подобна речным ракам. Истинных омаров отличают по наличию очень больших клешней на первой паре ног, и меньших на второй и третьей парах. Самцы намного крупнее самок. Брюшной отдел хорошо развит и его сегменты и придатки без труда различимы. Стенка тела представлена, как и у всех ракообразных, двумя слоями — экзоскелетом и эктодермальным эпидермисом, который и образует панцирь. Панцирь периодически линяет, позволяя животному расти.
Омары — долгожители среди ракообразных. Представители некоторых видов живут до 70 лет. Правда, определить возраст особи сложная задача, но ученые используют сразу несколько методов для уточнения этого показателя. В частности, одним из основных факторов является размер животного. Результаты изучения омаров говорят о том, что с возрастом они не становятся менее активными. Сохраняется и способность к воспроизводству. Более того, «старички» могут быть более фертильными, чем молодые особи.
Чем больше размер омара, тем больше ему нужно энергии. Пищевые ресурсы ограничены, поэтому размер животного критичен для его выживания. 10–15% омаров умирают от истощения в зрелом возрасте. Самый крупный омар, согласно Книге рекордов Гиннеса, был пойман в Канаде. Его вес составлял 20,15 кг.
Еще один интересный факт это то, что у омаров голубая кровь. Это — следствие наличия в ней гемоцианина. Гемоцианин — дыхательный пигмент из группы металлопротеинов, является медьсодержащим функциональным аналогом гемоглобина. Встречается в крови моллюсков, членистоногих и онихофор.
Зрение омара
Уникальная зрительная система позволяет животному видеть отраженный свет, а не преломленный. Свет отражается от зеркальной поверхности квадратных призм, расположенных на сферической поверхности глаза. Все эти призмы расположены таким образом, что отраженные каким-либо объектом (например, дном) лучи света фокусируются в одной точке. Если бы глаза ракообразного имели какую-то другую форму, пускай и лишь немного отличающуюся от текущей, омар не видел бы ровным счётом ничего.
Благодаря тому, что омар собирает отраженный свет, он может видеть и в условиях плохой освещенности. Если же свет яркий, то организм животного вырабатывает специальный пигмент, который блокирует фокусирование поверхностью глаза всех лучей, кроме тех, что идут параллельно этим призмам.
Интересно, что такую систему зрения имеют далеко не все ракообразные, а лишь те, кто относится к семейству длиннотелых десятиногих ракообразных. В это семейство входят и омары с креветками. Все прочие ракообразные пользуются совершенно обычными глазами с системой преломления света. Глаза большинства других раков состоят из большого количества круглых или квадратных клеток. И при попадании в них света он преломляется, для того, чтобы сфокусироваться в одной точке.
И что все это дает?
Ученые считают, что система, структура которой будет аналогична структуре глаза омара, позволит фокусировать рентгеновские лучи. Дело в том, что применяемое для фокусировки обычных лучей вогнутые зеркала для этой цели не подходят. Они отражаются только под небольшим углом скольжения.
Ученые НАСА рядом с прототипом Lobster Transient X-ray Detector
Такое устройство можно использовать для наблюдения за космосом. Роджер Энджел [Roger Angel] еще в конце 70-х предлагал сконструировать особый аппарат, способный наблюдать за Вселенной в рентгеновском спектре. За основу он предлагал взять строение глаза омара. Поверхность линзы ученый предлагал составить из небольших квадратных трубок с шириной от 10 до 200 микрон каждая. Сами трубки должны состоять из особого сорта стекла, способного отражать рентгеновские лучи. Несколько таких линз можно было бы собрать в единую систему для наблюдения за источниками рентгеновского излучения в видимой нам части Вселенной.
В 2012 году НАСА опубликовало материал о намерении создать подобный аппарат, разместив его на борту МКС. Эта система получила название «Lobster Transient X-ray Detector». Такая система могла бы наблюдать за сверхмассивными черными дырами, взрывами сверхновых звезд, нейтронными звездами и многими другими объектами, которые интересуют современных астрономов. При этом доступный для наблюдения участок неба в этом случае достаточно широкий.
Для МКС подобный инструмент может выполнять и практическую работу — обнаружение утечек аммиака. Дело в том, что на станции, снаружи, есть большой радиатор, в котором находится безводный аммиак. Циркулируя по трубопроводу, аммиак отводит тепло, помогая регулировать температуру на борту. Но в результате ряда внешних факторов трубопроводы иногда повреждаются, возникают микротрещины, через которые уходит аммиак. Если поверхность резервуара с аммиаком бомбардировать электронами, говорят специалисты, можно получить рентгеновское излучение определенной энергии. Такой прибор может фиксировать малейшие изменения целостности стенок трубопровода, оповещая космонавтов в случае обнаружения повреждения.
Еще один вариант использования «глаза омара» — производство электронных компонентов. Обычная система производства таких компонентов основана на процессе фотолитографии. В этом случае поток лучей через специальный экран попадают на шаблон полупроводниковой схемы, задавая ее структуру. Проблема в том, что рисунок на полупроводнике не может быть меньше определенного размера из-за дифракции. Чем меньше длина волны — тем меньше дифракция, и тем более мелкими можно сделать компоненты чипа.
