Глаз кембрийского аномалокаридида состоял из 3000 крупных фасеток; это морское животное хорошо видело даже в мутной воде. 515 миллионов лет Остров Кенгуру, Австралия. 5 мм в поперечник! (предоставлено Майклом Ли)
В раннекембрийском морском сообществе китайского Ченцзяна (520 миллионов лет) среди нехищных животных менее 5 процентов обладали глазами, а среди хищников - более половины. А в отложениях, которым 505 миллионов лет, палеонтолог Майкл Ли из Южно-Австралийского музея и его коллеги обнаружили отпечатки больших фасеточных глаз, прекрасно сохранившихся, благодаря минеральному замещению органического вещества (хитина). Их обладатель был зорким сумеречным хищником, высматривавшим жертвы из толщи воды. Подобные глаза характерны для большинства членистоногих. Каждый из пары фасеточных, или сложных, глаз состоит из множества - у стрекоз до 28,5 тысячи - структурных единиц омматидиев. А чем больше омматидиев, тем острее зрение, подобно тому как чем больше пикселей, тем четче картинка на мониторе. Наружная часть омматидия несет роговицу в форме правильного шестигранника и дополнительную линзу - хрустальный конус. Под ними располагаются удлиненные светочувствительные клетки с нервными окончаниями, образующими зрительный нерв. Омматидий окружен экранирующим пигментным слоем: сплошным у дневных насекомых или смещенным к линзе - у ночных. В последнем случае лучи света, попадающие на соседние омматидии, сходятся в определенной точке, что повышает чувствительность глаза. Из-за малого размера и обособленности омматидиев каждый из них проводит очень узкий пучок лучей, и изображение получается мозаичным.
Глаз кембрийского животного включал примерно 3 тысячи крупных омматидиев, в каждом из которых прекрасно выражена линза. Расположение и размер шестигранных линз указывают на то, что эти глаза принадлежали активному хищнику, способному видеть даже при тусклом освещении. По своему устройству они ни в чем не уступают фасеточным глазам наиболее совершенных насекомых - мух. Прежде глаза сравнимой сложности были известны у членистоногих, живших на 85 миллионов лет позже (у силурийских трилобитов). Животные с такими глазами, подобно современным стрекозам или хищным мухам ктырям, могли издалека разглядеть потенциальную добычу и просчитать скорость и направление ее движения. Что, собственно, и нужно для успешной охоты. Вполне возможно, что эти животные уже видели цветную картинку. Во всяком случае, раковинки и панцири многих существ имели радужную окраску благодаря тонкой штриховке на поверхности, которая по-разному преломляет лучи, расщепляя белый свет на цветные составляющие.
Взгляд трилобита на действительность
Благодаря рентгено-томографическому сканированию высокого разрешения Бригитте Шёнеманн из Боннского университета минералогии и палеонтологии удалось заглянуть под каменные (из прозрачного кальцита) линзы трилобита и увидеть остатки пигментных клеток. Со стороны глаза трилобита, наверное, выглядели синими. Они хорошо отражали ультрафиолетовые лучи и, поскольку были кальцитовыми, даже светились под действием этих лучей - флюоресцировали. Использовать минеральные хрусталики для глаз научились также офиуры и многостворчатые моллюски хитоны - у них линзы рассеяны по всему панцирю (ученые догадались заглянуть в эти глаза лишь в последние годы).
Благодаря каменной природе трилобитового глаза, его можно рассмотреть в деталях, и деталей таких немало. Самые сложноустроенные глаза у ордовикских факопин: каждая линза (до двух миллиметров в диаметре) состояла из трех частей: внешней, которая представляла собой совершенную апланатную линзу Рене Декарта (у некоторых - Христиана Гюйгенса), срединного ядра и чаши. Внешняя линза состояла из отдельных оптических цилиндров, изогнутых так, чтобы к поверхности линзы подходить под прямым углом в любой ее части. А ядро отличалось повышенным содержанием магния в кристаллической решетке. Такая конструкция четко фокусировала луч на пигментных клетках; помогала избежать сферических искажений - самой большой проблемы оптических приборов, сработанных руками, даже такими умелыми, как у Декарта и Гюйгенса (и это за 470 миллионов лет до рождения гениальных физиков XVII века); хорошо видеть в водной среде благодаря близкому коэффициенту преломления; была бифокальной (или даже трифокальной). То есть как в бифокальных очках, не меняя их, можно было рассматривать либо удаленные объекты, либо те, что под "носом" - прямо под антеннами и другими передними конечностями. Причем если у человеческих очков центры фокусировки находятся в верхней и нижней частях, то в трилобитовых "очках" эти центры располагались в середине (ближнее зрение) и на периферии линзы (дальнее).
В фасеточном глазу девонского трилобита сохранился светочувствительный пигмент, который указывает, что он видел не хуже, чем крупный современный рак. 390 миллионов лет. Германия. Масштабная риска = 500 мкм (предоставлено Бригиттой Шёнеманн)
Реконструкция глаза трилобита: в фасетке находился хрусталик (2 миллиметра в диаметре), состоявший из нескольких линз, каждая из которых образована множеством столбчатых кристаллов кальцита высокой чистоты. Художник Алина Коноваленко
Эволюция глаз трилобитов тесно связана с изменениями, происходившими в среде их обитания. У первых представителей этой группы, равно как и у других морских раннекембрийских членистоногих, фасеточные глаза не отличались совершенством: фасеток насчитывалось немного и они не имели четкой шестигранной формы. Такие глаза годились в мутных тусклых придонных водах. Держаться ближе к поверхности животным не позволяла высокая ультрафиолетовая радиация. К концу ордовикского периода (450 миллионов лет назад) появились пелагические трилобиты с огромными почти шаровидными глазами и сферическим обзором - это значит, что атмосфера насытилась кислородом и образовавшийся озоновый щит отражал большую часть ультрафиолетового излучения. Можно было плавать у самой поверхности, не опасаясь, что флюоресценция собственных глаз ухудшит зрение. А в конце девонского периода (360 миллионов лет назад) многие трилобиты почти ослепли - либо лишились органов зрения, либо остались с маленькими, в несколько фасеток, глазками. Это было время, когда уровень кислорода вновь сильно упал, а в прибрежные моря стали выноситься большие объемы нитратов и фосфатов, вызывавшие цветение фитопланктона, из-за чего водная толща утратила прозрачность. А зачем в темноте столь дорогостоящий прибор, как глаза?
Впрочем, острота зрения у всех животных со сложными глазами сравнительно небольшая, не лучше, чем у мыши, и зависит от числа и размера фасеток. Если бы человек имел такие глаза, то при нормальной остроте зрения каждый из них был бы не менее метра в поперечнике! Авторы фантастических триллеров до этого не додумались: они приставляют человеческому телу мушиную голову и вместо монстра получается слепой неудачник.
Так, по мнению авторов кинотриллера "Муха", должен был выглядеть человек с мушиными генами (справа). Но чтобы обладать остротой зрения человека, он, по расчетам нейробиолога Куно Киршфельда, должен иметь глаза метрового поперечника. Художник Алина Коноваленко
Камерные глаза - прекрасный прибор для разглядывания мелких деталей. И только в этом отношении человеческие глаза одни из лучших. Если принять остроту нашего зрения за единицу, то лошади придется надеть очки с 5 диоптриями, собаке - с 7, кошке - с 8, а мыши - с 10. В данной шкале и единица далеко не высший балл: у некоторых кальмаров зрение лучше, а у орла и сокола зрение раз в десять острее нашего. В очках бы ползали и змеи, причем не только очковые. В общем, чем меньше камерный глаз, тем хуже он видит.
Самые большие камерные глаза среди наземных животных - у страуса и лошади (5 и 3,4 сантиметра в диаметре соответственно). У нас - 2,4 сантиметра. Лошадь в естественных условиях - животное сумеречное, а в темноте нужно ловить каждый фотон. Для человека темнота наступает тогда, когда на один фоторецептор приходится меньше одного фотона в минуту. Притом в сумерках вместо фоторецепторов колбочек, различающих цвета, в дело вступают палочки, воспринимающие все в черно-белых тонах, зато с лучшей разрешающей способностью. У глубоководных рыб сетчатка превращается в многослойную (до 28 слоев) батарею для охоты за фотонами. И глаза у них по сравнению с размером тела становятся неимоверно большими и в 120 раз более чувствительными, чем у человека. По абсолютным размерам глазного яблока морские организмы тоже обошли наземных: синий кит - 11 сантиметров, меч-рыба - 9 сантиметров в диаметре. Чтобы лучше видеть, этот хищник направляет тепло, вырабатываемое мускулатурой при быстром движении, к мозгу и глазам, поднимая их температуру на 10–15 °C выше окружающей среды. Среди палеозойских организмов самые большеглазые - некоторые виды трилобитов, вероятно, тоже были обитателями глубин: многоканальное устройство и высокая степень прозрачности их минеральных фасеточных глаз указывают на способность улавливать даже небольшое число фотонов.
