Složené nebo složené oči | Příručka ochrany rostlin, id: 579 — AgroXXI

U vyšších druhů hmyzu nejsou orgány vidění identické ve struktuře. Na čele nebo koruně mají tři jednoduché ocelli (uprostřed – hřbetní, po stranách – boční) a po stranách hlavy jsou dvě složité složené oči. Nacházejí se u dospělého hmyzu, stejně jako u neúplně metamorfovaných larev a přenášejí většinu vizuálních informací, které obdrží, do mozku.

Obecná stavba očí

Většina hmyzu má oči a jen relativně malý počet taxonů je nemá. Například se nevyskytují u některých primitivních druhů, stejně jako u potulných mravenců Ection. Ve většině případů jsou oči prezentovány jako dvě samostatné struktury, nicméně například u vážek jsou tak velké, že se sbíhají do jediné struktury na temeni.

Tvar složitých orgánů zraku se často blíží kulatým, ale v některých případech mají tvar slzy (jako kudlanka nábožná) nebo ledvinovitý, protože mají zářez, na kterém „sedí“ anténa (jako tlustá Willow Lamia text®r). V některých případech je zářez tak ostrý, že odděluje od sebe horní a spodní část oka, čímž se zdá, že hmyz nemá oči dvě, ale čtyři (příkladem je brouk Tetrops praeusta). Někdy jsou vlastnosti tvaru a velikosti očí určeny příslušností k jednomu nebo druhému pohlaví. Samci tedy mají obvykle vyvinutější oči než samice, což je patrné zejména na příkladu trubců a včelích dělnic. U koňských much se u samců dotýkají uprostřed hlavy a u samic se nedotýkají.

Složené oči se skládají z jednotlivých strukturních jednotek nazývaných ommatidia. Rohovky (vnější čočky) ommatidií jsou spolu těsně spojeny a při pohledu z povrchu oka vypadají jako šestiúhelníky. Tyto šestiúhelníky se nazývají fasety, a proto jsou složené oči také známé jako složené oči.

Ve spodní části přiléhající k hlavě je každé oko ohraničeno bazální nebo sítkovitou membránou. V něm je podle počtu ommatidií mnoho otvorů, kterými procházejí vlákna zrakového nervu. Prostřednictvím nich se průdušnice dostává do oka, propíchne ho a prochází mezi ommatidií. Místo oka tvoří hlavové pouzdro dosti hlubokou invaginaci, tvořící oční pouzdro neboli oční sklerit; je nosnou strukturou oka.

Ommatidium jako strukturální jednotka složeného oka

V některých případech jsou ommatidia strukturou přirovnány k dorzálním ocelli, ale anatomicky se zdají být více podobné laterálním ocelli. I přes tuto podobnost však mají řadu individuálních vlastností.

Počet ommatidií v oku hmyzu se může lišit, ale ve většině případů je velmi velký. Oko mouchy domácí obsahuje u některých motýlů až 4000 17 strukturních jednotek, každý zrakový orgán kombinuje až 000 28 ommatidií a u vážek, které mají zvláště velké velikosti očí, počet malých prvků současně dosahuje 000 100. existuje hmyz, který jich má mnohem méně. Například mravenci dělnice mají složené oči s „pouze“ 600–XNUMX ommatidií, zatímco v kastě dělnic Ponerapunctatissima je každé složené oko zastoupeno pouze jednou ommatidií.

Liší se také příčná velikost (průměr) strukturních jednotek oka, ale v každém případě se měří v mikronech. Ommatidia chrousta mají průměr 20 mikronů a švába amerického 32 mikronů.

Vizuální osy ommatidií by měly být přibližně kolmé k povrchu hlavy, takže čím více místa zabírají, tím více jsou oči hmyzu konvexní. Silné vyčnívání očí však nesvědčí ani tak o dobrém vidění, jako o velkém zorném poli, alespoň u denních druhů.

Podrobná struktura ommatidií je poměrně složitá a bude diskutována na příkladu typického apozičního oka (vysvětlení tohoto pojmu v další části). Ve struktuře každé jednotky složených očí jsou tři funkční komplexy struktur nebo tři aparáty:

Skládá se z čoček, láme a usměrňuje světlo.

Vnímá a přenáší vizuální informace.

Izoluje každou ommatidii od ostatních a dodává očím barvu, která může být jednotná nebo nerovnoměrná. I v rámci stejného zrakového orgánu se různé ommatidia mohou lišit ve stavbě tohoto aparátu, množství a umístění pigmentu v něm, proto se některý hmyz při pohledu ze strany oka jeví jako skvrnitý, pruhovaný nebo dokonce má falešný žák.

Vizuální aparát ommatidia

<strong>Dioptrický aparát</strong>

sestává z následujících částí (zvnějšku dovnitř):

• RohovkaNebo objektiv – vnější průhledná bikonvexní nebo plankonvexní čočka. Představuje upravenou kůžičku (1 na).
• Kornegenní buňky – buňky, které produkují látku rohovky; díky nim lze čočku vyměnit za novou, takže při línání dochází k odlévání kůžičky nejen z povrchu těla, ale i z očí. Obvykle se jedná o dvě rohovkové buňky, které leží hlouběji než rohovka (2 na).
• Sklivec (krystalický kužel, krystalický kužel) (3 on) – útvar s kuželovitou strukturou a základnou obrácenou k rohovce. Hraje roli druhé refrakční čočky (kolektivní). Skládá se z průhledných buněk nebo je produktem sekrece speciálních buněk ležících kolem něj (Semperovy buňky) (4 dne).

<strong>Receptorový aparát</strong>

obsahuje několik dalších složek ommatidium:

• Retinálníbuněk – podlouhlé struktury, které se nacházejí pod krystalickým kuželem ve formě paprsku (5 na).
• Optická tyč (rabdom) – podlouhlý útvar sestávající ze sekrečních produktů buněk sítnice a umístěný ve středu jejich svazku. V příčném řezu tvoří rhabdom a retinální buňky obraz „květiny“, kde rhabdom zaujímá axiální polohu, je „jádrem“ a buňky sítnice jsou umístěny kolem něj, jako okvětní lístky (6 na).
• Optické nervy – nervy, které přenášejí informace do centrálního nervového systému.

<strong>Pigmentační aparát</strong>

izolace se skládá ze 3 formací:

• Corneagenic (hlavní pigment) buňky: tytéž, které vytvářejí kutikulu čočky. Jsou vyplněny pigmentem a izolují čočku od rohovek sousedních ommatidií.
• Náhodné pigmentové buňky – izolujte každé ommatidium od ostatních na úrovni krystalového kužele (7 na).
• Pigmentové buňky sítnice – vykonávají stejnou funkci, ale níže, na úrovni buněk sítnice a optické tyčinky (8 na).

Každé ommatidium v ​​typickém oku je tak izolováno po celé své délce a chráněno před expozicí laterálním paprskům.

Typy očí

V závislosti na strukturálních rysech existují tři hlavní morfofunkční typy očí.

<strong>Apoziční oko</strong>

Jeho struktura byla diskutována výše jako základní. Hlavním rysem struktury tohoto oka je, že každé ommatidium ve svém složení „funguje“ izolovaně. Výsledkem je, že celkový vizuální obraz hmyzu se skládá z jednotlivých „kusů“, které do sebe zapadají. Tato struktura je ideální pro dobré osvětlení, a proto má denní hmyz apoziční oči.

<strong>Superpoziční oko</strong>

Pigment v aparátu pro izolaci pigmentu se může pohybovat uvnitř buněk, což činí ommatidii polopropustnou pro laterální paprsky. Díky tomu hmyz s takovými očima dobře vidí při slabém osvětlení a ve tmě. U nočního hmyzu se průdušnice vstupující do oka také protínají v jedné rovině a tvoří deskovitý plexus nazývaný tracheální tapetum. Má schopnost odrážet paprsky a je zodpovědný za to, že oči druhů se superpozičníma očima při slabém osvětlení červeně žhnou.

<strong>Neurosuperpozice oka</strong>

Takové oči se vyznačují tím, že v nich dochází ke sčítání nervových signálů z určité části zrakových buněk, do kterých světlo přichází z jednoho místa. Tento typ oka se vyskytuje u much.

Vize hmyzu

U sousedních ommatidií jsou zrakové osy velmi blízko u sebe, což dává hmyzu možnost lépe rozlišovat body, které jsou blízko u sebe. Výsledkem je, že jejich zraková ostrost je přibližně 3x vyšší než u lidí. Současně, jak se předmět vzdaluje od oka, vidění se zhoršuje; Hmyz je tedy podle lidských měřítek krátkozraký.

Další výhodou složených očí je, že mnoho ommatidií jim umožňuje lépe sledovat blikající a rychle se pohybující objekty. Pro nás se souvislý obraz na obrazovce tvoří, když se film pohybuje rychlostí 16 snímků za sekundu, a pro hmyz – při 250-300. To jim dává výhodu při rychlém letu.

Hmyz dokáže vnímat polarizaci světla. Nejen, že vidí všechny předměty v objemu, rozlišují jemné odstíny a hru barev, které jsou lidskému oku nepřístupné. Většina hmyzu má barevné vidění pouze primitivní formy žijící v jeskyních, velcí mouční červi a termiti mají černobílé vidění. Létající býložravé druhy mají světelný detektor „vyladěný“ na vnímání v ultrafialovém spektru, díky čemuž lépe rozlišují kalichy květů od vzduchu.

Podařilo se reprodukovat přirozený samočistící antireflexní povlak

Vědci z Far Eastern Federal University (FEFU) spolu se švýcarskými kolegy studovali nanostruktury pokrývající rohovku očí much Drosophila a na jejich příkladu se naučili, jak ekonomicky a ekologicky vyrábět bezpečné biologicky odbouratelné nanopovlaky s antimikrobiálními, anti- reflexní a samočisticí vlastnosti, které lze využít téměř ve všech oborech lidské činnosti, včetně lékařství, nanoelektroniky, automobilového průmyslu a textilního průmyslu.

Ukončete režim celé obrazovky

Rozbalte na celou obrazovku

Foto: ekamelev / unsplash.com

Tým vědců z FEFU, Univerzity v Ženevě a Lausanne a také ETH Zurich provedl mezioborovou studii, jejímž výsledkem byla přesná reprodukce nanopovlaku rohovky much Drosophila, která chrání oči hmyzu před nejmenší zrnka prachu a ruší odraz světla.

Nanopovlak lze aplikovat na jakékoli trojrozměrné struktury a použít jej v různých oblastech. V závislosti na úkolech jí mohou být dány antireflexní, antibakteriální a hydrofobní vlastnosti, včetně schopnosti samočištění, což je například velmi důležité u drahých opakovaně použitelných kontaktních čoček, které korigují tvar čočky. Podobné antireflexní povlaky, vytvořené složitějšími a dražšími metodami, se dnes používají na počítačové panely, brýle a drahé obrazy v muzeích, aby se eliminoval odraz a lom světla.

„Nanopovlak lze syntetizovat v jakémkoli požadovaném množství a metoda syntézy je ekonomicky výhodnější ve srovnání se stávajícími metodami výroby podobných struktur, protože zajišťuje práci s přírodními složkami a není potřeba speciální vybavení, značná spotřeba energie a přísná omezení, která jsou nutná pro chemické leptání, litografii a laserový tisk,“ vysvětluje vedoucí práce Vladimir Katanaev, vedoucí laboratoře farmakologie přírodních látek. na Fakultě biomedicíny Federální univerzity Dálného východu. — Oblasti použití vývoje mohou být velmi odlišné. Je možné strukturálně barvit textilie, které budou měnit svou barvu v závislosti na úhlu pohledu, vytvořit efekt „neviditelného pláště“ pro speciální struktury a struktury, antibakteriální povlak pro lékařské implantáty a samočistící povlak pro kontaktní čočky. Také věříme, že pokud bude nanopovlak zesílen, může být použit k vytvoření prototypů flexibilních miniaturních tranzistorů pro moderní elektroniku.“

Vědcům se podařilo uměle znovu sestavit povlak rohovky much Drosophila pomocí reverzních a přímých bioinženýrských metod: nejprve „rozebrali“ ochrannou vrstvu rohovky na její složky, kterými se ukázal být retininový protein a rohovkový vosk ( tuky) a poté jej reprodukovaly při pokojové teplotě a přikryly jej sklem a plastem.

Podle Vladimira Katanaeva je možné potáhnout ochrannou vrstvou jakékoli jiné typy materiálů, pokud zkombinujete retinin s jinými typy vosků, a také provádět genetické manipulace se samotným proteinem, což také umožní vytvořit složitější funkční struktury založené na nanopovlaku.

Vědec řekl, že mechanismus, který je základem tvorby ochranných nanostruktur na rohovce much Drosophila, je samoorganizující se proces popsaný Alanem Turingem v roce 1952 jako mechanismus reakce-difúze. To bylo potvrzeno pomocí matematického modelování. Stejným principem se tvoří například skvrny na kůži zebry nebo leoparda. Nanostruktury chránící rohovky ovocných mušek jsou prvním známým příkladem Turingových vzorů v nanoměřítku.

Během studie se vědci blíže seznámili s vlastnostmi retininu, které byly dříve málo prozkoumány. Ukázalo se, že tento původně nestrukturovaný protein tvoří při interakci s rohovkovými vosky globulární strukturu. Bylo tak možné nahlédnout hluboko do biofyzikálního mechanismu sebeorganizace podle Turingova modelu a vyzdvihnout v něm důležitý molekulární proces – spuštění strukturování proteinů.

Další fází práce může být modelování na základě Turingova mechanismu trojrozměrného nanopovlaku (s nanotrychtýřem, nanokolony, nanotangly v tloušťce povlaku), které se stane prací na samé hranici moderního vědeckého poznání a dokáže mají velmi zajímavé zásadní a aplikované důsledky.

Profesor Vladimir Katanaev začal studovat strukturu oka drozofily asi před 10 lety. První údaje byly podle vědce získány téměř náhodou, když se v rámci spolupráce s laboratoří Igora Serdyuka z Protein Institute v Pushchino pomocí mikroskopie atomární síly zjistilo, že povrch rohovky mušky nejsou hladké, ale jsou pokryty krásnými vzory pseudouspořádaných nano výrůstků. Ukázalo se, že tento druh nanopovlaku byl popsán již koncem 1960. let na povrchu očí většího hmyzu – můr, u nichž tyto částice plní i antireflexní funkci, snižují odraz dopadajícího světla na nulu a činí jej možné optimalizovat vnímání světla ve tmě.

Byly použity materiály z článku Reverse and forward engineering of Drosophilacorneal nanocoatings; Michail Krjučkov, Oleksii Bilousov, Jannis Lehmann, Manfred Fiebig, Vladimir L. Katanajev; Časopis Nature, září 2020

Připravil Alexander Zverev