Текст книги "Солнечный луч"

Автор книги: Вилен Барабой

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 18 страниц)

Чтобы осуществить дальнейший синтез углеводов, белков и липоидов, необходимо частично восстановить углерод, т. е. вытеснить из карбоксильной группы атом кислорода, заместить его водородом. В этой реакции поставщиками водорода являются пиридиннуклеотиды, а снабжение энергией происходит за счет молекул АТФ. И те и другие образуются в результате фотохимических реакций расщепления воды. Так сливаются два шедших навстречу друг другу потока: превращений углекислоты, поглощаемой растениями из воздуха, и превращений воды, расщепляемой при участии солнечного света. В результате частично восстанавливается углерод, и по ходу различных цепочек превращений под влиянием специальных сложных рядов ферментов осуществляется синтез белков, углеводов и других сложных органических веществ. Суммарный результат процесса можно изобразить в таком виде:

(звездочкой обозначена молекула Н ₂0, находящаяся в состоянии возбуждения за счет энергии солнечного света, переданной хлорофиллом).

Чтобы завершить полный цикл фотосинтеза, на каждую молекулу углекислоты, усвоенную и включенную в сложные структуры, необходимо не менее четырех молекул восстановленных пиридиннуклеотидов и три-четыре молекулы АТФ. Поскольку для образования каждой такой молекулы нужен по крайней мере один квант энергии Солнца, на единичный цикл фотосинтеза расходуется минимум восемь квантов.

В книге «Путешествия Гулливера» Джонатан Свифт дал ядовитую сатиру на английскую Академию наук (Королевское общество), изобразив ее как сборище чудаков и умалишенных, занятых решением нелепых задач. Один из этих «чудаков» восемь лет созерцал зеленый огурец, запаянный в стеклянной банке, надеясь разрешить задачу улавливания солнечных лучей и их использования. Однако то, что 200 лет назад казалось верхом бессмыслицы, примером бесполезной траты времени, в наше время стало одной из самых крупных и увлекательных проблем биологии.

Пройдет, вероятно, немного лет, и процесс фотосинтеза перестанет быть загадкой. Лежащие в его основе механизмы будут изучены, смоделированы и поставлены на службу человечеству. Наука вплотную приблизится к познанию одного из важнейших этапов возникновения и эволюции жизни на Земле.

За миллиарды лет существования Земли облик ее менялся непрерывно. Даже с того времени, как сформировались воздушная оболочка Земли – атмосфера, земная кора – литосфера, покрытая частично морями и океанами – гидросферой, Земля изменилась неузнаваемо. Этому способствовали с самого начала естественные процессы, развертывающиеся как в недрах Земли, так и на ее поверхности.

Движение материков и колебания уровня Мирового океана, процессы горообразования и опускания морского дна и участков суши, извержения вулканов и землетрясения, периодические наступления и отступления ледников, разрушение горных пород под влиянием ветров, колебаний температуры и работы воды – все эти постоянно и глобально действующие силы миллиарды лет преобразовывали облик нашей планеты.

По мере того как человек познает облик Земли и проникает в глубины ее истории, становится все более ясной непосредственная связь всех процессов, протекающих в земной коре, ее недрах и на поверхности, с деятельностью Солнца, с таинственной периодикой его активности. Более подробно говорится об этом в следующих разделах этой главы.

Возникшая на Земле жизнь, «питаясь» энергией солнечного света, по мере своего развития во все возрастающих масштабах изменяла, преобразовывала облик нашей планеты. Мириады живых существ в своей постоянной незаметной деятельности выступали как своего рода посредники между Солнцем и Землей, способствуя изменению лика последней.

Активная фотосинтетическая деятельность зеленых растений радикально изменила состав земной атмосферы. Углекислый газ, миллионы лет выделявшийся в атмосферу при извержениях вулканов и из трещин земной коры, почти полностью был усвоен растениями, «связан» и использован для построения углеродных скелетов органических молекул. В настоящее время в атмосфере Земли его содержание не превышает 0,03%. Зато освобождающийся в процессе фотосинтеза молекулярный кислород стал одним из основных компонентов атмосферы – 20,9%, что послужило толчком для выхода жизни из океана па сушу, для эволюции органического мира. «В смысле создания свободной энергии, действенной энергии планеты основным является перевод лучистой энергии Солнца через живое вещество в свободный кислород, охватывающий всю поверхность планеты, дающий ей совсем особые, нигде вне ее не наблюдаемые свойства» [В. PL Вернадский. Очерки геохимии. Избранные сочинения, т. I. 1954, с. 180.].

Изменение состава атмосферы оказало громадное влияние на химический состав горных пород, на ход и направленность химических процессов в атмосфере, литосфере и гидросфере. Древняя атмосфера Земли была восстановительной благодаря присутствию в ней водорода, аммиака, метана и других простейших углеводородов. Выделение свободного кислорода наряду с потреблением растениями углекислоты, аммиака и углеводородов сделало атмосферу окислительной. Взаимодействие кислорода с веществами литосферы и гидросферы привело к образованию окислов, кислот, солей, к изменению строения минералов и горных пород. В химических процессах стали доминировать окислительные реакции. Резкое изменение состава горных пород, как установлено геологами, произошло примерно 1,8—1,3 млрд. лет назад. Никакой другой причины, помимо деятельности живых существ, для столь радикального изменения облика Земли не существует.

Завоевание суши, постепенное эволюционное приспособление живых существ к экстремальным условиям, существующим на нашей планете: к гигантским давлениям в океанических безднах, к леденящему холоду Арктики и Антарктики, к вечному безмолвию горных вершин и разреженному воздуху высот – привело к формированию на Земле новой оболочки – биосферы, той области планеты, где существует живое вещество и проявляется его влияние. На суше это так называемая кора выветривания, толща осадочных пород, достигающая местами нескольких километров в глубину. Это вся толща водных бассейнов Земли. Наконец, это тропосфера – приземной и приводный слой воздуха толщиной 12—18 км, в котором происходит непрерывное перемешивание воздушных масс.

Однако влияние жизни, биологических процессов можно уловить и в стратосфере, и в глубоких слоях Земли, пока недоступных для непосредственного проникновения живых существ. Так, возникновение на высоте около 30 км слоя озона было результатом накопления в атмосфере свободного кислорода за счет фотосинтеза. С другой стороны, некоторые горные породы (в том числе, видимо, и граниты) могут возникать в глубинах Земли при воздействии высоких температур и давлений на осадочные породы, содержащие остатки живых существ.

Размножение и гибель организмов на протяжении миллиардов лет обогащают постоянно формирующиеся на Земле осадочные породы, включающие продукты выветривания (частицы глины, песка, лёсса и т. п.), с остатками живых существ (скелетами, раковинами, особыми химическими соединениями). Погребенные в недрах Земли осадочные породы со временем превращаются в месторождения нефти, угля, торфа, горючих сланцев. Жизнедеятельность микроорганизмов, растений, а затем и животных (в меньшей степени) породила на поверхности суши особое образование – почву, в которой вещество литосферы подверглось сложным превращениям и вовлечено в постоянный круговорот жизни. Размножение морских колониальных организмов привело к появлению целых новых островов, атоллов, рифов и скал. Большой барьерный риф у северо-восточного побережья Австралии тянется на протяжении 2300 км и оказывает существенное влияние на направление морских течений, ветров – на весь комплекс природных условий на значительном участке земной поверхности.

Биосфера – это сложное соединение географических сред и планетарного живого вещества. В каждой географической зоне, каждом районе Земли одновременно с комплексом природных условий складывается и определенная сложная система организмов, постоянно и неразрывно связанных с неорганическими компонентами среды. В биосфере движение и взаимодействие вещества происходит не только в силу химических законов, но и под влиянием жизнедеятельности организмов. «Несомненно, что энергия, придающая биосфере ее обычный облик... исходит от Солнца в форме лучистой энергии. Но именно живые организмы, совокупность жизни, превращают эту космическую энергию в земную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира. Это живые организмы, которые своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, своей смертью и своим разложением, постоянным использованием своего вещества, а главное – длящейся сотни миллионов лет непрерывной сменой поколений, своим рождением и размножением порождают одно из грандиознейших планетных явлений, не существующих нигде, кроме биосферы. Этот великий планетарный процесс есть миграция химических элементов в биосфере, движение земных атомов, длящееся больше двух миллиардов лет согласно определенным законам» [В. И. Вернадский. Геохимическая энергия жизни в биосфере. Избранные сочинения, т. V, I960, с. 228.].

Человек – высший продукт эволюции биосферы. По мере роста могущества человеческого разума увеличивается численность особей вида Homo sapiens и в еще большей степени возрастают масштабы вмешательства человека в природу, его преобразующей деятельности. Человек вырубает и выжигает леса, на огромных пространствах наиболее плодородных земель искусственно насаждает и культивирует нужные ему растения, оберегая их от конкуренции со стороны более приспособленных диких растений – сорняков. Все большую часть суши человек занимает своими поселениями, строит шахты и открытые карьеры, электростанции, дороги и плотины, меняет русло рек, использует их воду для орошения и создания водохранилищ. Добывая из-под земли растущие количества нефти, угля, природного газа и сжигая их, он возвращает в биологический круговорот громадные количества углерода, погребенные в прошлые геологические эпохи, и в то же время в возрастающих масштабах загрязняет атмосферу, гидросферу и литосферу. Человек создает вокруг себя и для себя вторую, искусственную среду: заводы и фабрики, города, строит корабли, подводные лодки, воздушные лайнеры и космические корабли.

Пространство Земли, где так или иначе проявляется преобразующая деятельность человека, академик В И. Вернадский назвал ноосферой (от греческого слова «разум»). Но и в ноосфере человек использует в той или иной форме энергию Солнца. Все основные источники энергии, эксплуатируемые человеком (за исключением глубинного тепла Земли, которое еще почти не используется, и энергии атомного ядра, тайной которого люди овладели совсем недавно), имеют своим первоисточником энергию солнечного излучения.

Следовательно, и земная жизнь в целом, и человек как ее высшее творение используют и преобразуют солнечную энергию в процессе преобразования облика Земли, выступая в этом процессе как посредники между Солнцем и Землей.

Мы видим мир

Одно из основных свойств живых существ – способность реагировать на внешние воздействия, раздражимость. Без этого живой организм не может существовать. Не воспринимая внешние влияния, нельзя отличить врага от друга и своевременно принять меры для защиты. Живые организмы, более чувствительные к воздействию окружающей среды, имеют больше шансов выжить в ежедневной борьбе за существование. «Над каждым живым существом постоянно висит вопрос: „быть или не быть”, и сохраняет он свое право на жизнь только под условием – в каждое мгновение своего существования быть совершеннее своих соперников»,– писал К. А. Тимирязев. Свойство раздражимости благодаря механизму естественного отбора закреплялось и прогрессировало в длинном ряду поколений.

Одним из самых древних, постоянных и привычных раздражителей, действующих на живые существа, являются солнечные лучи. Воспринимая влияние лучей Солнца, большинство земных организмов стремится навстречу им. Например, одноклеточные водоросли или амёбы под микроскопом собираются на освещенной половине поля зрения. Пресноводные гидры и некоторые водяные растения всегда располагаются у стенки аквариума, обращенной к окну. Зеленые растения тянутся вверх, к Солнцу. Известны и другие движения, совершаемые живыми организмами под влиянием влажности почвы, различных химических веществ, силы земного притяжения, колебаний температуры среды и др. Такие движения организмов, совершаемые под воздействием внешнего раздражения, получили название тропизмов. Пример положительного гелиотропизма (гелиос – по-гречески Солнце) – свойство подсолнуха поворачивать свою головку вслед за Солнцем. Отрицательный гелиотропизм (фототропизм) проявляется у ночных бабочек, которые прячутся от дневного света. Комар анофелес – переносчик малярии – отрицательно реагирует на сильный свет, но положительно – на слабый.

Вернемся к явлению положительного гелиотропизма. Еще в 1693 г. английский ученый Дж. Рей предположил, что причиной выгибания стебля растения является неравномерное поступление к нему солнечных лучей. С освещенной стороны рост стебля замедляется, поэтому преобладание роста на затененной стороне приводит к повороту стебля в направлении Солнца. В 1832 г. швейцарский ботаник О. П. Декандоль сумел доказать, что в этом случае решающее значение имеет именно солнечный свет, а не тепло.

По мере эволюции животных организмов чувствительность их органов чувств становилась совершеннее. Способность организма реагировать на химические вещества (хемотропизм) помогла развитию органа обоняния – специализированных групп клеток, расположенных на пути вдыхаемого воздуха и улавливающих присутствие химических примесей – запахи. Из восприятия механических прикосновений возникла способность ощущать движения частиц воздуха – звук, сопровождающий движение дичи или приближение врага. Но с помощью этих органов чувств даже при самой высокой степени их совершенства нельзя точно определить направление, откуда доносятся звуки или запахи, расстояние до их источника. И уже совсем невозможно воспринять на расстоянии форму, величину предметов, их количество и порядок расположения. А между тем именно такая информация очень нужна организму.

Осязание, вкус и восприятие температуры должны были возникнуть раньше зрения – ведь они прямо передают информацию, важную для организма: предмет горячий или твердый, съедобный или нет. Зрительные образы нуждаются в истолковании, поэтому развитие органа зрения ж функции зрения шло параллельно развитию мозга.

Решающий шаг вперед был сделан тогда, когда лучи Солнца стали восприниматься не как самостоятельные раздражители, а как рассеянные лучи, отраженные от окружающих предметов и несущие информацию о них. Зрение развилось, вероятно, из восприятия колебаний освещенности, из реакции на движущиеся по поверхности кожи тени – сигнал возможной и близкой опасности. Из простых чувствительных клеточек, лежащих на поверхности тела, путем длительной эволюции развился важнейший, наиболее связанный с мыслительной деятельностью орган чувств – глаз. «Глаз обязан бытием своим свету», говорил И. В. Гете – великий писатель и поэт, выдающийся естествоиспытатель.

По определению академика С. И. Вавилова, «глаз есть результат чрезвычайно длительного процесса «естественного отбора», итог изменений организма под действием внешней среды и борьбы за существование, за лучшую приспособленность к внешнему миру» [С. И. Вавилов. Глаз и Солнце. М., Изд-во АН СССР, 1956, с. 82.]. «Глаз в отношении энергии приспособлен не к самому Солнцу, а к солнечному свету, рассеянному от окружающих тел» [Там же, с. 108.].

Реакцию гелио– или фототропизма мы можем рассматривать как примитивную, зачаточную форму зрения, а глаз человека – как конечный этап эволюции важнейшей функции живого.

«Глаз» одноклеточного организма устроен весьма примитивно: обычно это простое глазное пятно – скопление красного или черного пигмента, окружающего чувствительный участок протоплазмы. Роль хрусталика порой играет просто-напросто зернышко крахмала. Конечно, такой простой и ничтожный по размерам аппарат не может дать отчетливого изображения. Светочувствительные органы дождевого червя, разбросанные по его поверхности, не приспособлены к восприятию изображений, а дают лишь ощущение света. При помощи зрительного углубления червь приблизительно определяет направление светящегося тела. Пигментные клетки нередко образуют углубление – «бокал», ограждающий зрительную клетку от попадания боковых лучей. Пользуясь таким зрительным аппаратом, приходится довольствоваться созерцанием лишь тех предметов, которые находятся прямо «перед носом». Перемещение воспринимается, если двигающийся объект переходит из одного поля зрения в другое, последовательно раздражая зрительные клетки соседних глазков.

Зрительный орган моллюска представляет собой более совершенную конструкцию – полость с маленьким отверстием и внутренним светочувствительным слоем, от которого отходит нерв. В глазу скорпиона перед светочувствительным слоем имеется прозрачный шар. У головоногих и позвоночных наблюдается постепенный переход к человеческому глазу.

Глаза большинства рыб, выпуклые и снабженные круглым, а не уплощенным хрусталиком, воспринимают свет подобно широкоугольному объективу. Рыбы одинаково хорошо видят происходящее не только впереди, но и с боков и даже сзади. Некоторые глубоководные рыбы сами излучают свет с помощью специальных люминесцирующих органов, расположенных вблизи глаза. Такой «прожектор» очень полезен при отыскании пищи. А при опасности рыбы могут прятать его, закрывая специальными складками кожи.

Глаз человека имеет форму почти правильного шара диаметром 24 мм. Снаружи глаз покрыт толстой белой оболочкой – склерой. Ее передняя прозрачная выпуклая часть носит название роговой оболочки, или роговицы. Позади роговицы расположена прозрачная чечевицеобразная линза – хрусталик. Между роговицей и хрусталиком, в передней камере глаза расположена непрозрачная для света радужная оболочка. Присутствие в ней пигмента придает окраску глазу. Пигмент один – меланин, а цвет глаз бывает различный – от бледно-голубого до черного. Цвет зависит как от количества пигмента, так и от места и характера его расположения. У голубоглазых людей (а также у коз, сиамских кошек) зерна темного пигмента расположены на задней стороне радужной оболочки и при отражении создают впечатление голубизны. Зерна меланина, рассеянные на передней стороне оболочки, делают глаза серыми, а по мере возрастания количества пигмента цвет глаз становится карим, а потом и черным.

Окраска радужной оболочки – наследственный признак, передача его потомкам подчиняется особым закономерностям. В центре оболочки имеется круглое отверстие – зрачок. Радужная оболочка играет роль диафрагмы: она может сокращаться и расслабляться, изменяя величину просвета зрачка, т. е. диаметр попадающего внутрь глаза светового пучка. Внутренняя поверхность склеры выстлана сосудистой оболочкой, обеспечивающей питание всех частей глаза. Внутренний слой, выстилающий глаз изнутри, носит название сетчатой оболочки, сетчатки, или ретины. Он-то и воспринимает лучи света, проникающие внутрь глаза. Задняя камера глаза заполнена прозрачным стекловидным телом (рис. 5).

Рис. 5. Глаз человека в разрезе

1 – ресничная мышца; 2 – радужная оболочка; 3 – водянистая влага передней камеры глаза; 4 – зрачок; 5 – роговица; 6 – связка, поддерживающая хрусталик; 7 – конъюнктива; 8 – хрусталик;9 – стекловидное тело; 10 – склера; 11 – сосудистая оболочка; 12 – сетчатая оболочка; 13 – центральная ямка; 14 – слепое пятно; 15 – зрительный нерв

Таким образом, световой луч, попавший в глаз, проходит три прозрачные среды: роговицу, хрусталик и стекловидное тело. Все они преломляют свет, концентрируют его таким образом, что на светочувствительном слое получается четкое, а не расплывчатое изображение предмета, отражающего свет. Но ведь предметы могут находиться на различном расстоянии от глаза. Для ясного их видения необходим механизм изменения преломляющей силы глаза. Эту работу выполняет хрусталик. Посредством мускулов, расположенных вокруг хрусталика, может быть изменена его выпуклость, кривизна. Механизм, с помощью которого преломляющая сила хрусталика автоматически изменяется, обеспечивая четкое видение предметов, носит название аккомодации. Недостатки аккомодации (близорукость и дальнозоркость) можно исправить с помощью очков – стеклянных линз, дополнительно рассеивающих или концентрирующих лучи света.

Глаз полностью воспринимает только небольшой по размерам или далеко расположенный предмет, так как диаметр зрачка невелик, а на ярком свету он уменьшается еще больше. Обычно же глаз очень легко поворачивается в своей орбите, быстро обегая все точки рассматриваемого предмета, как бы «обшаривая» его. Поэтому возникающая на сетчатке картина дает представление о форме предмета, даже если он неподвижен. А вот лягушки и некоторые их собратья из класса амфибий (земноводных) не видят неподвижные предметы. Лягушка скорее погибнет от голода, но не обратит внимания на лежащую рядом пищу, если она неподвижна. А ведь глаз амфибий – это не примитивный «бокал», а довольно совершенный орган. В чем же дело?

Оказывается, мы видим неподвижные предметы только благодаря постоянным, незаметным движениям глазных яблок. Если диапозитив с картинкой прикрепить непосредственно к глазному яблоку (с помощью присоски), то он будет смещаться вместе с глазом, а на сетчатку спроецируется неподвижное изображение. Человек перестанет видеть картинку! Глаз человека, рассматривающего предмет, за считанные секунды совершает миллионы внешне беспорядочных координированных движений. И в результате зрительные ощущения от отдельных участков предмета сливаются в мозгу в цельный образ.

Интересно, что в невесомости движения глазных яблок благодаря отсутствию силы тяжести совершаются гораздо легче, и острота зрения заметно возрастает. Это отмечали американские космонавты. Гордон Купер с высоты нескольких сот километров ясно видел трубы на домах в Тибете и грузовик на дороге в Мексике. Эдвард Уайт во время полета на корабле «Джемини» различал дороги, моторные лодки и даже волны, оставляемые ими. По его словам, Земля с орбиты «Джемини» видна была лучше, чем из кабины самолета, летевшего на высоте 13 км.

Слежение за движущимся предметом – автоматическое, бессознательное свойство глаза, его нельзя удержать усилием воли. Это хорошо знают криминалисты, используя движение глазного яблока (оптокинетическую реакцию) для разоблачения мнимых слепых.

Глаз насекомого в большинстве случаев так же неподвижен, как и глаз лягушки. Однако ощущение движения в нем создается благодаря так называемому фасеточному устройству. Глаз человека представляет собой одну линзу и одну сетчатку. У насекомого глаз состоит из десятка тысяч крохотных линзочек. Под каждой – 6—8 зрительных клеток, расположенных звездочкой. Каждый из глазков воспринимает движущийся предмет отдельно, последовательно и в совокупности создается ощущение движения. Более того, фасеточное устройство повышает способность глаза различать световые мелькания. Если для глаза, человека 20—24 мелькания в секунду уже сливаются в цельную картину (на этом основан принцип кинематографа, где за секунду сменяется 24 кадра), то глаз мухи различает до 300—350 раздельных, не сливающихся кадров в одну секунду!

Для организма важно уметь определять не только форму предмета, но и расстояние до него, его размеры. Получать не плоскостное, а трехмерное представление об окружающих нас предметах мы можем благодаря наличию двух глаз (бинокулярному зрению). Чем ближе к нам находится предмет, тем ближе должны быть сведены оси обоях глаз. Величина угла, образуемого осями глаз, степень конвергенции, точно характеризует расстояние до предмета.

Но так обстоит дело со зрением далеко не во всем мире животных. Только у человека и обезьяны оси обоих глаз при отсутствии конвергенции параллельны. У льва глазные оси образуют угол в 10°, у кошки 14—18°, у собаки – 30—50°, у оленя – более 100°, у жирафы – 140°, у зайца – даже 170°. Чем больше величина этого угла, тем труднее осуществить сведение осей глаз для одновременного рассмотрения предмета двумя глазами. Если глаза направлены в разные стороны так, что их поля зрения не соприкасаются, то, очевидно, трехмерное, стереоскопическое зрение невозможно. Поэтому зайцы лишены способности определять с помощью зрения расстояние до предметов, их глубину. И для собак мир в большой мере видится плоскостным, объем предметов и расстояние до них воспринимаются с трудом. В полной мере способностью к бинокулярному, трехмерному зрению обладают наряду с приматами все кошачьи, а также многие птицы – грифы, орлы, соколы и др.

Очень важное значение имеет также определение размера предмета, его величины. Один и тот же предмет по мере удаления кажется нам все меньше и меньше. Это явление особенно легко наблюдать, глядя на уходящие вдаль телеграфные столбы. Очевидно, при оценке величины предмета мы должны невольно сообразовываться с расстоянием до него. Имеет значение также наш прошлый опыт, наблюдение этого предмета вблизи. Работа по сравнению, анализу зрительных впечатлений, сопоставление с опытом прошлого осуществляется в нашем мозгу подсознательно.

Мозговые центры зрения постепенно вносят свои поправки в детали зрительных восприятий. Изображения предметов, возникающие на сетчатке наших глаз, обратны действительным, перевернуты. Ведь хрусталик, как самая настоящая линза, фокусирует и делает обратными изображения на сетчатке. Мы воспринимаем их в нормальном положении благодаря тому, что с первых месяцев жизни наш мозг, сопоставляя данные о предметах, полученные с помощью зрения и осязания, приводит зрительные образы в соответствие с их прототипами – предметами. Если с помощью специальных призматических очков еще раз перевернуть изображение мира на сетчатке, т. е. по существу вернуть его в нормальное положение,– мозг после некоторого усилия приспосабливается и к этому. Благодаря работе мозга человек, пользуясь одним глазом, может в известных пределах судить о расстоянии до предмета, получать правильное представление о его форме. Мозг, разум в сложной мозаике узоров, возникающих на сетчатке глаза, выбирает (путем анализа и синтеза, использования прошлого опыта) главное и второстепенное, изображение и фон. Глаза нуждаются в разуме, чтобы опознать предметы, локализовать их в пространстве. Но и мозг вряд ли мог бы развиться без глаза, без информации об отдаленных предметах.

А теперь попробуем разобраться в самом сложном. Как возникает в сетчатке ощущение света? Полностью этот процесс еще не изучен, но основные принципы превращения светового раздражения в электрический импульс, бегущий по зрительному нерву в центры головного мозга, более или менее ясны.

Рис. 6. Схема строения сетчатки глаза (по С. И. Вавилову)

1 – пигментный слой; 2 – слой палочек и колбочек; 3—7 – зернистые слои; 8 – ганглиозные клетки; 9 – слой нервных волокон; 10 – внутренняя ограничивающая оболочка. Стрелкой указано направление световых лучей

Сетчатка глаза человека имеет десять слоев (рис. 6), Наружный слой, примыкающий непосредственно к сосудистой оболочке глаза, состоит из клеток, заполненных черным пигментом и совершенно непроницаемых для света. Во втором слое расположены основные элементы восприятия света – нервные клетки, за форму названные палочками и колбочками (рис. 7). В последующих слоях ретины находятся биполярные, грушевидные и ганглиозные нервные клетки, а также последовательно соединяющие их нервные волокна. Отростки ганглиозных клеток, образующие десятый, самый внутренний слой сетчатки, прилегающий к стекловидному телу, собраны в один пучок – зрительный нерв, который выходит за пределы глазного яблока и направляется к мозгу. Таким образом, в сетчатке нервный импульс, возникший под влиянием светового раздражения, проходит по системе, состоящей из четырех последовательно связанных между собой нервных клеток, и лишь затем по зрительному нерву поступает в центры мозга.

При взгляде на строение сетчатки удивляет такой непонятный на первый взгляд факт. Палочки и колбочки, непосредственно воспринимающие воздействие лучей, расположены не на поверхности сетчатки, не на границе со стекловидным телом, а где-то в глубине. Своими чувствительными верхушками они обращены не навстречу лучам Солнца, а в противоположную сторону. Возникающие в палочках и колбочках импульсы нервного возбуждения двигаются сначала как бы навстречу потоку световых квантов по системе нервных клеток и волокон. Чем же объяснить такое странное устройство зрительного аппарата? Очевидно, тем, что нежные палочки и колбочки в этом случае защищены от прямого действия света, сохраняют способность реагировать на незначительное воздействие лучей.

Светочувствительные элементы сетчатки обладают также способностью к некоторому движению (ретиномоторные реакции), что позволяет им занять положение, наиболее удобное для восприятия света.

Теперь рассмотрим непосредственный механизм зрительного восприятия. Существуют два самостоятельных механизма зрения. Один обеспечивает восприятие цвета и различение деталей изображения, предмета.1 Этот механизм дневного, цветового, зрения связан с колбочковым аппаратом. Другой, отличающийся несравненно большей световой чувствительностью, дает только ощущение темноты и света. Он связан с палочковым аппаратом и называется сумеречным зрением.

Рис. 7. Палочка (а) и колбочка (б) при увеличении 1000 раз

На поверхности сетчатки более или менее равномерно расположено 130 млн. палочек. В центре сетчатки – в области так называемого желтого пятна и особенно центральной ямки (непосредственно напротив зрачка) находятся преимущественно колбочки – примерно 7 млн.

Такое распределение имеет особый смысл. Дневное зрение осуществляется в условиях поступления в глаз света сравнительно большой интенсивности. Пучок света, проходящий через суженный вследствие этого зрачок, попадает на небольшой участок сетчатки, расположенный в самом ее центре, т. е. на область желтого пятна. Здесь же находятся колбочки – элементы зрительного восприятия, приспособленные к видению в этих условиях.

У животных, лишенных способности различать цвета, желтое пятно отсутствует. Таковы кошка, собака, золотистый хомяк и многие другие животные. Лишь некоторые породы собак обнаруживают слабые зачатки цветового зрения. Колбочек в сетчатке собачьего глаза почти совсем нет. Собаки ведут свою родословную от сумеречных хищников (волков, шакалов), которые и не нуждались в совершенном аппарате дневного, цветового, зрения. Лошади, олени, овцы, свиньи различают некоторые участки спектра, например красный и зеленый, норки – желтый и синий. Среди животных лучше всего различают цвета обезьяны, особенно шимпанзе. Рыбы в большинстве также обладают цветовым зрением. В сетчатке глаза сокола, чайки, гуся, курицы – по два желтых пятна. Одно – для рассматривания предметов Двумя глазами одновременно, другое – для удобства пользования одним глазом. Есть в глазу и слепое пятно, лишенное светочувствительных элементов. Это то место, где в глаз входит зрительный нерв, образующий сосок, хорошо видный врачу-окулисту при осмотре глазного дна.