В чем причина того, что некоторые виды животных способны видеть в условиях низкой освещенности, а людям это недоступно?

Как устроено их зрение и чем оно отличается от нашего.

Человеческое зрение при слабом освещении достаточно эффективно, однако определенные животные обладают способностью различать предметы там, где для нас царит полная темнота.

Как связь между зрением и фотоаппаратом

Чтобы понять этот феномен, полезно вспомнить устройство цифровой камеры — она представляет собой технический аналог глаза позвоночных животных. Прозрачная роговица и хрусталик выполняют функцию стеклянных линз объектива, а радужная оболочка регулирует количество света, поступающего в глаз, подобно диафрагме фотоаппарата. Сетчатка, или ретина, состоит из миллионов светочувствительных элементов, аналогичных пикселям матрицы.

Фотографы хорошо знакомы с таким понятием, как светосила объектива — это коэффициент, определяющий соотношение энергии света, отраженного от объекта, и энергии, достигающей матрицы. Более высокая светосила означает, что для получения качественного изображения требуется меньше света, что позволяет сократить выдержку.

Аналогичная конструкция свойственна и глазу. В качестве примера можно наблюдать за кошкой в условиях недостаточной освещенности: ее зрачки значительно расширяются, напоминая большие черные чаши. Это представляет собой максимальное «открытие диафрагмы», необходимое для фиксации каждого фотона света.

Значительное влияние на светосилу оказывает и фокусное расстояние объектива: чем оно меньше, тем выше будет светосила.

«В естественной среде обитания этим свойством пользуются многие животные, приспособленные к жизни в условиях слабого освещения, однако наиболее ярко выражено это у некоторых глубоководных рыб. Их глаза, характеризующиеся сильно выпуклой роговицей и крупным, также выпуклым хрусталиком, способны воспринимать даже самые слабые световые потоки, но при этом такие рыбы страдают близорукостью», — объясняет Николай Паньков, профессор кафедры зоологии беспозвоночных и водной экологии Пермского государственного университета.

К примеру, глаза сов также обладают «телескопической» структурой и являются неподвижными, но их сетчатка содержит специализированные клетки палочки с концентрацией до миллиона единиц на квадратный миллиметр – в пять раз больше, чем у человека.

Как устроено зрение сумеречных животных

Далее рассмотрим матрицу, выполняющую роль сетчатки. Для съемки в условиях недостаточной освещенности необходим фотоаппарат с повышенной чувствительностью матрицы. Важно отметить, что зрительные органы сумеречных и ночных животных функционируют по-особенному, отличаясь от зрения дневных существ, включая человека.

У существ, ведущих дневной образ жизни, непосредственно перед зрачком располагается желтое пятно — область, состоящая из особых светочувствительных элементов, отвечающих за восприятие цвета. Это колбочки. У человека выделяют три типа колбочек: одни реагируют на красные лучи, другие – на желто-зеленые, третьи – на синие. На основе этой совокупности оттенков мозг формирует изображение с миллионами полутонов. Подобным образом устроена и матрица цифровой камеры — с использованием красных, зеленых и синих пикселей.

У животных, активных в сумерках, желтое пятно либо отсутствует вовсе, либо выражено незначительно. В области, прилегающей к зрачку, располагается концентрация клеток иного типа – палочек. Эти клетки, в отличие от колбочек, реагируют на любой фотон света вне зависимости от его длины волны, не различая цвета, но обеспечивая возможность улавливания даже минимального количества света.

«Колбочка воспринимает кванты только определенного спектра – своего «отрезка». В то время как палочка реагирует сразу на все три спектра. Таким образом, теоретически одна палочка может быть в три раза чувствительнее одной колбочки», — поясняет Николай Паньков.

Что усиливает ночное зрение

Кроме того, эволюция разработала эффективные механизмы, значительно повышающие светочувствительность глаз животных, активных в условиях низкой освещенности.

Прежде всего, содержание зрительного пигмента родопсина у них превышает показатели дневных видов во много раз, что увеличивает вероятность поглощения фотонов, достигающих сетчатки глаза.

Во-вторых, фоторецепторные клетки (палочки) у этих животных функционируют не как отдельные элементы, а формируют сплоченные группы. Если один квант света активирует одну палочку, она вызывает реакцию соседних клеток, которые также генерируют импульс и передают его в зрительный центр мозга. Это необходимо, поскольку одиночный сигнал от одной клетки слишком слаб для восприятия. Однако одновременная активация целой группы клеток не останется незамеченной.

К слову, сетчатка человеческого глаза содержит приблизительно 120 миллионов палочек и 6–7 миллионов колбочек. У ночной крысы насчитывается свыше 200 миллионов палочек при практически полном отсутствии колбочек. Однако такая адаптация влечет за собой потерю цветовосприятия и снижение резкости изображения в дневное время.

В заключение, стоит отметить еще один момент. Общеизвестно, что в ночной темноте глаза кошек и других животных, ведущих сумеречный образ жизни, светятся. Это явление обусловлено наличием у них тапетума — специального слоя за сетчаткой, состоящего из кристаллов гуанина, выполняющего роль своеобразного зеркальца. Именно это объясняет данный эффект.

«Основная масса световых лучей проходит сквозь сетчатку, не вызывая реакции в светочувствительных клетках. Если бы тапетум отсутствовал, эти лучи были бы поглощены более глубокими слоями тканей и преобразованы в тепловую энергию. Благодаря наличию тапетума, эти лучи отражаются обратно и получают дополнительную возможность активировать светочувствительные клетки. Те же лучи, которым снова не удалось вызвать реакцию, и создают эффект свечения глаз у животных, вызывая у наблюдателя определенные чувства», — поясняет Николай Паньков.

У человека тапетум отсутствует, поэтому наши глаза не способны отражать свет в условиях недостаточной освещенности. Иногда это явление можно заметить на фотографиях, сделанных со вспышкой, но это так называемый эффект «красных глаз» – результат отражения света от кровеносных сосудов сетчатки, и его интенсивность незначительна.

Что теряют ночные животные

Развитие таких адаптивных механизмов требует определенных затрат. Ночное зрение всегда является результатом компромисса.

Во-первых, отсутствие полноценного цветового зрения. Например, собаки Кошачье зрение воспринимает окружающий мир лишь в четырех оттенках: синем, желтом, черном и белом.

Кроме того, у кошек наблюдается сниженная острота зрения при хорошем освещении. Дневное время суток вызывает перестимуляцию палочек, приводящую к их временной неспособности функционировать, а колбочек в глазу недостаточно для четкого восприятия. В результате, днем кошка воспринимает окружающий мир как расплывчатое пятно, вынужденная прибегать к помощи усов для ориентации.

Еще одна особенность – наличие тапетума, создающего эффект светоотражения, что несколько размывает изображение. Это можно сравнить с наблюдением через два расположенных друг над другом зеркала: яркость присутствует, но четкости не хватает.

В отличие от кошек, люди не обладают тапетумом и не подвержены подобным искажениям. Мы способны отлично различать цвета при ярком освещении и видеть детали на значительном удалении. В условиях недостаточной освещенности мы активируем режим, основанный исключительно на работе палочек, что приводит к ухудшению цветовосприятия и снижению четкости изображения, когда все предметы кажутся серыми и нечеткими.

Таким образом, невозможно говорить о наличии либо недостатка зрения как такового; речь скорее идет об адаптации к различным условиям существования. В процессе эволюции человек получил способность различать цвета, однако это стало возможным за счет снижения остроты зрения в условиях низкой освещенности. Хищные животные, такие как кошки или совы, выбрали стратегию охоты в ночное время и взамен цветового восприятия приобрели повышенную чувствительность к свету, позволяющую им ориентироваться там, где для человека царит полная темнота.

Материал впервые опубликован в 2019 г., обновлен в 2023 и 2026.