Повернемося тепер до біології. Людське око — аж ніяк не єдиний тип ока. Хоча очі майже всіх хребетних схожі на людські, однак у нижчих тварин ми зустрічаємо безліч інших типів очей. Обговорювати їх у нас немає часу. Але серед безхребетних (наприклад, у комах) зустрічаються й високорозвинені типи очей; це складні, або фасеткові, очі. (У більшості комах, крім великих фасеткових очей, є ще прості очі, або вічка.) Найретельніше вивчався зір бджоли. Вивчати особливості зору бджіл легко, бо їх, як відомо, приваблює мед, і ми можемо ставити досліди, змащуючи медом, наприклад, голубий або червоний папір і спостерігаючи, який з них приваблює бджолу. Цим методом було виявлено дуже цікаві особливості зору бджоли.
Насамперед, намагаючись визначити, наскільки чітко бджола бачить різницю між двома шматочками «білого» паперу, деякі дослідники виявили, що вона бачить її не дуже добре, а інші, навпаки, що вона робить це чортзна-як добре. Навіть якщо бралися два майже точно однакові шматочки паперу, бджола все ж розрізняла їх. Один шматок паперу, наприклад, відбілювався цинковими білилами, а інший — свинцевими, і, хоча обидва вони виглядали точно однаково, бджола розрізняла їх, бо вони по-різному відбивають ультрафіолетове світло. Таким чином, було виявлено, що око бджоли чутливе до коротших довжин хвиль, ніж око людини. Наші очі бачать у діапазоні від 7000 до 4000 А, від червоного до фіолетового, а бджоли можуть бачити аж до 3000 А, тобто в ультрафіолетовій області! А це породжує цілий ряд дуже цікавих ефектів. Насамперед бджоли розрізняють багато квітів, які нам здаються абсолютно однаковими. У цьому немає нічого дивного; адже квіти цвітуть зовсім не для того, щоб радувати наш зір. Вони слугують приманкою для бджіл, своєрідним сигналом про те, що тут є мед. Усім відомо, що є дуже багато «білих» квітів. Колір, який нам здається білим, очевидно, бджоли не бачать, бо з'ясувалося, що різні білі квіти не відбивають ультрафіолетові промені так повно, як це роблять справді білі квіти. Від білого предмета відбивається не все світло, що падає на нього, ультрафіолетові промені губляться, а це точнісінько те саме, що для нас втрата голубого кольору, тобто отримання жовтого кольору. Отже, всі білі квіти здаються бджолам кольоровими. Однак нам відомо також, що бджоли не бачать червоного кольору. Виходить, можна вважати, що червоні квіти здаються бджолам чорними? Нічого подібного! Ретельне вивчення червоних квітів показує, що, по-перше, навіть наші очі здатні розрізняти в переважної більшості червоних квітів легкий синюватий відтінок, викликаний додатковим відбиттям більшістю з них синього кольору, який перебуває у видимій бджолам області. Крім того, досліди також показують, що квіти відрізняються за своєю здатністю відбивати ультрафіолет у різних частинах пелюстки тощо. Отже, якби ми могли бачити квіти такими, якими їх бачать бджоли, то знайшли б їх ще прекраснішими і різноманітнішими!
Втім, було виявлено, що є такі червоні квіти, які не відбивають голубих або ультрафіолетових променів, тому вони повинні здаватися бджолам чорними! Це якоюсь мірою пояснює подив тих людей, яких дуже хвилює це питання: адже чорний колір не здається привабливим, та й важко відрізнити його від брудної густої тіні. Так воно і виходить насправді: бджоли не прилітають на ці квіти. Але зате саме вони подобаються крихітним колібрі; виявляється, ці пташки чудово бачать червоний колір!
Ще одна цікава сторона зору бджоли. Глянувши на шматочок голубого неба і не бачачи самого сонця, бджола, очевидно, може все ж таки визначити, де перебуває сонце. Для нас це не так уже й просто. Погляньте з вікна на небо. Ви бачите, що воно голубе. А в якому напрямку перебуває зараз сонце? Бджола може це визначити, бо вона дуже чутлива до напрямку поляризованого світла, а відбите від неба світло поляризоване. Досі сперечаються про те, як це їй вдається: чи то тому, що розсіяння світла різне за різних обставин, чи то очі бджоли безпосередньо чутливі до напрямку поляризованого світла. Зовсім недавно отримано дані про безпосередню чутливість ока бджоли.
Кажуть також, що бджола здатна розрізняти окремі спалахи світла з частотою 200 разів за 1 с, тоді як ми розрізняємо тільки 20 спалахів. У вулику бджоли рухаються дуже швидко; вони ворушать лапками, махають крильцями, але наші очі насилу встигають простежити за всіма цими рухами. От якби ми могли розрізняти швидші мелькання, тоді інша справа. Мабуть, для бджоли дуже важливо, щоб її очі мали таку швидку реакцію.
Тепер поговоримо про те, якою, власне, є гострота зору у бджоли? Око бджоли складне; складається воно з величезного числа особливих вічок, які називаються омматидіями і розташовані на майже сферичній поверхні по боках голови комахи. На фіг. 36.7 показано омматидій. У його вершині міститься прозора область, своєрідний «кришталик», але насправді це більше нагадує фільтр, що змушує світло йти вздовж вузького волокна, де, очевидно, і відбувається його поглинання. Від іншого його кінця відходить нервове волокно. Центральне нервове волокно має по боках шість клітин, від яких, по суті, воно і відходить. Для наших цілей цього опису цілком достатньо; головне те, що клітина має конічну форму, і безліч таких клітин, прилягаючи одна до одної, утворює поверхню ока бджоли.
Подивимось тепер, якою є роздільна здатність такого ока. Проведемо лінію (фіг. 36.8), яка схематично представляє омматидій, на поверхні ока, яке ми будемо вважати сферою радіусом r. Ми зараз спробуємо обчислити ширину кожного омматидія, для чого напружимо трохи нашу кмітливість і припустимо, що природа настільки ж кмітлива, як і ми! Якщо омматидій дуже великий, то роздільна здатність не може бути великою. Інакше кажучи, один омматидій отримує інформацію про один напрямок, сусідній — про інший тощо, а предмети, що потрапили в проміжок, бджола не зможе бачити достатньо добре. Таким чином, невизначеність гостроти зору ока, безсумнівно, пов'язана з кутовим розміром кінця омматидія відносно центра кривизни ока. (Насправді очі розташовані тільки на поверхні голови.) Але кут від одного омматидія до наступного дорівнює, звичайно, діаметру омматидія, поділеному на радіус кривизни поверхні ока:
Тепер поговоримо про те, якою, власне, є гострота зору у бджоли? Око бджоли складне; складається воно з величезного числа особливих вічок, які називаються омматидіями і розташовані на майже сферичній поверхні по боках голови комахи. На фіг. 36.7 показано омматидій. У його вершині міститься прозора область, своєрідний «кришталик», але насправді це більше нагадує фільтр, що змушує світло йти вздовж вузького волокна, де, очевидно, і відбувається його поглинання. Від іншого його кінця відходить нервове волокно. Центральне нервове волокно має по боках шість клітин, від яких, по суті, воно і відходить. Для наших цілей цього опису цілком достатньо; головне те, що клітина має конічну форму, і безліч таких клітин, прилягаючи одна до одної, утворює поверхню ока бджоли.
Подивимось тепер, якою є роздільна здатність такого ока. Проведемо лінію (фіг. 36.8), яка схематично представляє омматидій, на поверхні ока, яке ми будемо вважати сферою радіусом r. Ми зараз спробуємо обчислити ширину кожного омматидія, для чого напружимо трохи нашу кмітливість і припустимо, що природа настільки ж кмітлива, як і ми! Якщо омматидій дуже великий, то роздільна здатність не може бути великою. Інакше кажучи, один омматидій отримує інформацію про один напрямок, сусідній — про інший тощо, а предмети, що потрапили в проміжок, бджола не зможе бачити достатньо добре. Таким чином, невизначеність гостроти зору ока, безсумнівно, пов'язана з кутовим розміром кінця омматидія відносно центра кривизни ока. (Насправді очі розташовані тільки на поверхні голови.) Але кут від одного омматидія до наступного дорівнює, звичайно, діаметру омматидія, поділеному на радіус кривизни поверхні ока:
Зображення
Отже, можна сказати: «Чим меншим буде значення δ, тим більшою виявиться гострота зору. Але чому ж тоді природа не дала бджолі дуже-дуже дрібні омматидії?» У відповідь можна сказати таке: ми вже достатньо добре знаємо фізику, щоб зрозуміти, що при спробі пропустити світло через вузьку щілину через дифракцію неможливо достатньо добре бачити в даному напрямку, бо туди потраплятиме світло від різних напрямків, тобто від усіх напрямків, що перебувають усередині кута Δθd, такого, що
Зображення
Тепер ясно, що, якщо взяти δ надто малим, кожен омматидій через дифракцію бачитиме не тільки в одному напрямку! Але якщо зробити значення δ надто великим, то, хоча кожен дивитиметься в одному напрямку, їх виявиться надто мало, щоб отримати достатньо докладну картину. Таким чином, ми повинні підібрати таку відстань d, щоб повний ефект цих двох механізмів був мінімальним. Якщо ми складемо два вирази і знайдемо місце, де сума має мінімум, то отримаємо
Зображення
що дає відстань
Зображення
Якщо ми для оцінки будемо вважати, що r приблизно дорівнює 3 мм, а довжину хвилі світла, яке бачить бджола, приймемо рівною 4000 А, то після множення і добування кореня знайдемо
Зображення
У книгах вказується діаметр, що дорівнює 30 мк. Як бачите, збіг виявляється досить добрим! Ясно, що саме цей механізм визначає розмір ока бджоли, і він цілком доступний нашому розумінню. Підставивши тепер отримане число в (36.1), легко визначити, якою є кутова роздільна здатність ока бджоли. Вона виявляється дуже поганою порівняно з оком людини. Ми здатні бачити речі, здаваний розмір яких у тридцять разів менший, ніж бачить бджола. Так що порівняно з людиною зображення у бджоли виходить досить розпливчасте, нефокусоване. Тим не менше так воно і є, і на більше вона просто не може розраховувати. Природно виникає питання: а чому б бджолі не завести собі таке саме око, як у нас, з кришталиком і з усім іншим? Цьому заважає кілька досить цікавих причин. Насамперед бджола занадто мала; якби в неї було око, схоже на наше, але відповідно зменшене, то розмір зіниці виявився б порядку 30 мк, а тому дифракція була б настільки великою, що бджола все одно не бачила б краще. Занадто маленьке око — це не дуже добре. Потім, якщо зробити око великим, як голова бджоли, то воно зайняло б усю голову. Адже цінність складного ока якраз і полягає в тому, що воно практично не займає місця — просто тоненький шар на поверхні голови бджоли. Так що, перш ніж давати поради бджолі, не забувайте, що в неї є свої власні проблеми!