4.8. ЗРИТЕЛЬНАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА
Зрение для многих животных и человека
является одним из основных способов дистантной ориентировки в пространстве. С
его помощью живые организмы получают информацию не только о смене дня и ночи,
но и подробное изображение окружающей среды — ближней и дальней. В основе
фотобиологических процессов лежат специфические химические реакции, для
осуществления которых нужна энергия, поставляемая светом Солнца и всей
остальной Вселенной. Эта энергия поступает в виде электромагнитного излучения и
дискретных частиц — фотонов, или квантов. Скорость
распространения света велика и составляет 300 000 км/с, но спектр солнечного
излучения неоднороден и различается по длинам волн.
Излучение с короткими волнами
(короче 300 нм) обладает слишком высоким уровнем энергии (400 кДж/моль); оно
способно вызвать повреждение молекулярных комплексов. Сюда относятся гамма—лучи,
рентгеновское и ультрафиолетовое излучения, которые губительны для жизненно
важных макромолекул. Все они поглощаются в верхних слоях атмосферы защитным
слоем озона, который в последнее время претерпевает серьезное истощение
(озоновая дыра).
Излучения с длинными волнами (выше
900 нм) имеют низкую энергию и, за редким исключением, не способны
воздействовать на живые организмы. К ним относятся инфракрасные лучи,
микроволны и радиоволны, которые поглощаются парами воды в атмосфере. Однако
существует узкая полоса длин волн от 300 до 800 нм, называемая видимым
светом, которая обеспечивает все физиологические реакции живых организмов,
включая и информационные, где свет используется для получения сведений об
окружающей среде. Поэтому у растений и животных выработались специальные
механизмы для его восприятия и использования в различных физиологических
процессах и поведенческих актах. У разных животных имеются свои рабочие
спектральные диапазоны, например у пчелы это 300—650 нм, у человека — от 400 до
750 нм.
У обитателей водной среды
воспринимаемый свет ограничен еще более узким диапазоном длин волн в сине—зеленой
области спектра (500—600 нм) из—за фильтрации излучения толщей воды. На
глубинах более 1000 м солнечный спектр почти полностью поглощается и зрение
должно обусловливаться светом люминесценции, испускаемым глубоководными
обитателями.
Простейший вид чувствительности к
свету — это способность различать разные интенсивности диффузного освещения.
Это фундаментальное свойство можно назвать светочувствительностью.
Светочувствительностью обладают уже одноклеточные животные, у которых,
естественно, не существует специализированных зрительных реакций, а проявляется
лишь общий тип генерализованных реакций клетки. Например, у водоросли эвглены
выявлены цитоплазматические мембранные структуры, содержащие молекулы
светочувствительного пигмента. Поглощение света этими пигментами приводит к
изменению активности ферментативных систем, запускающих изменение двигательной
активности. Такого рода реакции называются фототаксисом, или фототропизмом.
Суть их заключается в перемещении всего организма или его части в область,
наиболее благоприятную для жизнеобеспечения.
У большинства многоклеточных
организмов появляются приспособления для восприятия быстрых изменений и
локальных различий в освещении. Это свойство называется фоторецепцией,
или просто зрением и осуществляется с помощью специализированных клеток —
фоторецепторов.