Ochi | organ de detectare a luminii pentru ca organismele să poată vedea

Părți ale ochiului

Ochiul uman este compus din mai multe părți diferite. Aceste părți pot fi sau nu la fel la alte animale. Acestea sunt:

• Cornee: Stratul cel mai exterior, transparent, care protejează irisul și pupila.
• Pupila: Cercul negru din mijlocul ochiului, prin care trece lumina.
• Iris: Cercul colorat al ochiului din jurul pupilei. Acesta poate fi maro, albastru, verde etc. Funcția sa principală este de a regla cantitatea de lumină care intră în ochi.
• Sclera: Câmpul mare, alb, din jurul irisului, care menține forma globului ocular.
• Lentila: În spatele corneei se află o lentilă bioconvexă transparentă cu o distanță focală foarte scurtă.Această lentilă este ținută în centrul globului ocular cu ajutorul mușchilor ciliari.
• Retina: conține celulele care transformă lumina în impulsuri nervoase.
• Nervul optic: Nervul care leagă ochiul de creier. Informațiile optice sunt transportate în partea din spate a creierului pentru a fi prelucrate: a se vedea cortexul cerebral.

 
Diagrama ochiului  

Tipuri de ochi

În prezent, sunt cunoscute zece tipuri diferite de ochi. Majoritatea modalităților de a capta o imagine au evoluat cel puțin o dată.

O modalitate de clasificare a ochilor este să ne uităm la numărul de "camere". Ochii simpli sunt compuși dintr-o singură cameră concavă, eventual cu o lentilă. Ochii compuși au mai multe astfel de camere, cu lentilele lor pe o suprafață convexă.

Ochii pot fi, de asemenea, grupați în funcție de modul în care este fabricat fotoreceptorul. Fotoreceptorii sunt fie ciliați, fie rabdomici, iar unele anelide le posedă pe amândouă.

Ochi simpli

Ochi de groapă

Ochii cu gropi sunt amplasați într-o depresiune a pielii. Acest lucru reduce unghiurile la care lumina poate intra. Aceasta permite organismului să spună de unde vine lumina.

Astfel de ochi pot fi găsiți la aproximativ 85% din phyla. Probabil că au apărut înainte de dezvoltarea unor ochi mai complecși. Ochii cu gropi sunt mici. Sunt formați din până la aproximativ o sută de celule, acoperind aproximativ 100 µm. Direcționalitatea poate fi îmbunătățită prin reducerea dimensiunii deschiderii și prin plasarea unui strat reflectorizant în spatele celulelor receptoare.

Ochiul stenopatic

Ochiul pinhole este o formă avansată de ochi cu gropiță. Acesta are mai multe particularități, în special o deschidere mică și o groapă adâncă. Uneori, deschiderea poate fi schimbată. Se găsește numai la Nautilus. Fără o lentilă care să focalizeze imaginea, produce o imagine neclară. În consecință, nautiloidele nu pot discrimina între obiecte cu o separare mai mică de 11°. Micșorarea diafragmei ar produce o imagine mai clară, dar ar lăsa să intre mai puțină lumină.

Ochi cu lentilă sferică

Rezoluția ochilor de groapă poate fi îmbunătățită foarte mult prin adăugarea unui material pentru a face o lentilă. Acest lucru va reduce raza de încețoșare și va crește rezoluția care poate fi obținută. Forma cea mai elementară poate fi încă observată la unele gasteropode și anelide. Acești ochi au o lentilă cu un singur indice de refracție. Este posibil să se obțină o imagine mai bună cu materiale care au un indice de refracție ridicat, care scade spre margini. Acest lucru scade distanța focală și permite formarea unei imagini clare pe retină.

Acest ochi creează o imagine suficient de clară pentru ca mișcarea ochiului să poată cauza o neclaritate semnificativă. Pentru a minimiza efectul mișcării ochiului în timp ce animalul se mișcă, majoritatea acestor ochi au mușchi oculari stabilizatori.

Ocelurile insectelor au o lentilă simplă, dar punctul lor focal se află întotdeauna în spatele retinei.Nu pot forma niciodată o imagine clară. Acest lucru limitează funcția ochiului. Ocelli (ochii de tip gropiță ai artropodelor) estompează imaginea pe întreaga retină. Aceștia sunt foarte buni în a răspunde la schimbările rapide ale intensității luminoase pe întreg câmpul vizual - acest răspuns rapid este accelerat și mai mult de fasciculele nervoase mari care grăbesc informațiile către creier. Focalizarea imaginii ar face, de asemenea, ca imaginea soarelui să fie concentrată pe câțiva receptori. Aceștia ar putea fi afectați de lumina intensă; protejarea receptorilor ar bloca o parte din lumină și ar reduce sensibilitatea lor.

Acest răspuns rapid a dus la sugestii potrivit cărora ocelii insectelor sunt utilizați în principal în timpul zborului, deoarece pot fi folosiți pentru a detecta schimbări bruște în direcția de sus (deoarece lumina, în special lumina UV care este absorbită de vegetație, vine de obicei de sus).

Cornee refractivă

Ochii celor mai multe vertebrate terestre (precum și cei ai unor păianjeni și larve de insecte) conțin un fluid care are un indice de refracție mai mare decât cel al aerului. Corneea este puternic curbată și refractează lumina spre focar. Nu este necesar ca lentila să facă toată refracția. Acest lucru îi permite lentilei să ajusteze focalizarea mai ușor, pentru o rezoluție mult mai mare.

Ochi reflectorizant

În loc să se folosească o lentilă, este posibil să existe celule în interiorul ochiului care acționează ca niște oglinzi. Imaginea poate fi apoi reflectată pentru a se focaliza într-un punct central. Acest design înseamnă, de asemenea, că cineva care privește într-un astfel de ochi va vedea aceeași imagine ca și organismul care îl are.

Multe organisme mici, cum ar fi rotiferele, copeopodele și platicele, folosesc un astfel de design, dar ochii lor sunt prea mici pentru a produce imagini utilizabile. Unele organisme mai mari, cum ar fi scoicile, folosesc, de asemenea, ochi reflectori. Scoica Pecten are până la 100 de ochi reflectori la scară milimetrică care mărginesc marginea cochiliei sale. Acesta detectează obiectele în mișcare pe măsură ce acestea trec prin lentile succesive.

Ochi compuși

Ochii compuși sunt diferiți de ochii simpli. În loc să aibă un singur organ care poate percepe lumina, ei pun laolaltă mai multe astfel de organe. Unii ochi compuși au mii de astfel de organe. Imaginea rezultată este alcătuită în creier, pe baza semnalelor numeroaselor unități oculare. Fiecare astfel de unitate se numește ommatidium, iar mai multe se numesc ommatidia. Ommatidiile sunt situate pe o suprafață convexă, fiecare dintre ele fiind orientată într-o direcție ușor diferită. Spre deosebire de ochii simpli, ochii compuși au un unghi de vedere foarte mare. Aceștia pot detecta mișcările rapide și, uneori, polarizarea luminii.

Ochii compuși sunt comuni la artropode, anelide și la unele moluște bivalve.

 
Nautilus are un ochi acvilin  


Artropodele, cum ar fi această albină tâmplar, au ochi compuși.  

Evoluția ochiului

Evoluția ochilor a început cu cele mai simple pete sensibile la lumină în organismele unicelulare. Aceste pete oculare nu fac altceva decât să detecteze dacă mediul înconjurător este luminos sau întunecat. Majoritatea animalelor au un "ceas" biochimic în interior. Aceste simple pete oculare sunt folosite pentru a regla acest ceas zilnic, care se numește ritm circadian. Unii melci, de exemplu, nu văd nicio imagine (poză), dar simt lumina, ceea ce îi ajută să se ferească de lumina puternică a soarelui.

Ochii mai complecși nu și-au pierdut această funcție. Un tip special de celule din ochi detectează lumina în alt scop decât cel de a vedea. Aceste celule se numesc celule ganglionare. Ele sunt localizate în retină. Ele își trimit informațiile despre lumină către creier pe o cale diferită (tractul retinohipotalamic). Aceste informații ajustează (sincronizează) ritmul circadian al animalului la ciclul natural de 24 de ore de lumină/întuneric. Sistemul funcționează, de asemenea, pentru unii nevăzători care nu pot vedea deloc lumina.

Ochii care sunt puțin mai buni au forma unor cupe, ceea ce permite animalului să știe de unde vine lumina.

Ochii mai complecși oferă un simț complet al vederii, inclusiv culoarea, mișcarea și textura. Acești ochi au o formă rotundă care face ca razele de lumină să se concentreze pe partea din spate a ochiului, numită retină.

Altele

Bunele zburătoare, cum ar fi muștele sau albinele, sau insectele care prind prada, cum ar fi mantisul preot sau libelula, au zone specializate de ommatidii organizate într-o zonă fovea care oferă o vedere ascuțită. În această zonă, ochii sunt aplatizați, iar fațetele sunt mai mari. Aplatizarea permite ca mai multe ommatidii să primească lumina dintr-un punct. Acest lucru oferă o rezoluție mai mare.

Corpul lui Ophiocoma wendtii, un tip de stea fragilă, este acoperit cu ommatidii, transformându-i întreaga piele într-un ochi compus. Același lucru este valabil și în cazul multor chitoni.

 
Ochiul compus al unei libelule