Как животные видят в темноте?

Сумеречное зрение у людей очень даже неплохое, но сейчас мы поговорим о животных, которые видят там, где для человека — тьма-тьмущая.
Вспомним устройство цифрового фотоаппарата — технического аналога глаза позвоночных. Так, аналогом стеклянных линз объектива в глазе выступает прозрачная роговица и хрусталик. Аналогом ирисовой диафрагмы — радужная оболочка. Аналогом матрицы, состоящей из пикселей, — сетчатка, или ретина, составленная светочувствительными клетками.
А теперь возьмем объектив. Фотографы знают, что одной из важнейших его характеристик является светосила — коэффициент, связывающий энергии световых потоков: исходящего от фотографируемого предмета и падающего на матрицу фотоаппарата. Светосильный объектив способен собирать и пропускать через себя больше света, что позволяет фотографировать при сравнительно слабом освещении, не прибегая к длинным выдержкам. Светосила объектива напрямую зависит от раскрытия диафрагмы. Точно так же и с глазом. Достаточно вспомнить огромные зрачки кошки в полутемной комнате.
Еще один параметр, определяющий светосилу объектива, — его фокусное расстояние. Чем оно меньше, тем больше светосила. В природе этим пользуются многие сумеречные животные, но дальше всех пошли некоторые глубоководные рыбы. Их глаза, снабженные очень выпуклой роговицей и крупным, столь же выпуклым хрусталиком, могут улавливать даже самые слабые лучи света, но при этом такие рыбы близоруки.
Теперь поговорим о матрице и сетчатке. Чтобы провести фотосессию при недостатке освещенности, потребуется фотоаппарат с особо чувствительной матрицей. То же самое и у животных с сумеречной или ночной активностью. Их глаза работают не совсем так, как у человека. У людей и животных с активностью в светлое время суток прямо напротив зрачка находится желтое пятно — скопление особых светочувствительных клеток, отвечающих за цветовое зрение. Эти клетки известны как колбочки. Сетчатка глаза содержит три типа колбочек. Первые реагируют только на красные лучи, вторые — на желтые, третьи — на синие. Так создается пестрая мозаика, из которой мозг потом собирает замечательную картину со всеми полутонами. Кстати, примерно так же работает и матрица фотоаппарата, содержащая красные, зеленые и синие элементы.
У сумеречных зверушек желтого пятна нет или оно слабо выражено. Напротив зрачка находится скопление светочувствительных клеток, среди которых преобладают не колбочки, а палочки, которые реагируют на любой квант света независимо от длины его волны. Стало быть, палочка непригодна для цветового зрения, зато полезна для работы в условиях низкой освещенности. Все потому, что колбочка воспринимает кванты лишь одного отрезка оптического диапазона — одного из трех. А палочка — все три. Так что теоретически палочка будет чувствительнее колбочки примерно в три раза!
Помимо этого, природа изобрела лайфхаки, которые позволяют многократно усилить светочувствительность органов зрения сумеречных животных.
Во-первых, концентрация зрительного пигмента родопсина у них во много раз больше, чем у дневных собратьев. Стало быть, вероятность захвата фотонов, попадающих на сетчатку глаза, тоже больше.
Во-вторых, у сумеречных животных палочки работают не как единичные пиксели, а объединяются в мощные батареи. Если квант света заставит среагировать одну палочку, она спровоцирует реакцию соседок, которые тоже пошлют импульс в зрительный центр хозяина. Все потому, что сигнал, посланный одной клеткой, слишком слаб, чтобы привлечь внимание своего обладателя. А вот дружный залп не проигнорируешь.
Наконец, в-третьих. Всем известно, как горят в ночи глаза кошек и других сумеречных зверей. Это связано с тем, что позади сетчатки у них находится тапетум — своего рода зеркальце, составленное кристаллами гуанина. Смысл его в следующем. Большинство световых лучей проходит через сетчатку, не задерживаясь и не вызывая реакции светочувствительных клеток. Без тапетума они поглотились бы глубже лежащими тканями и их энергия рассеялась в виде тепла. Тапетум же эти лучи отражает, и они пронизывают сетчатку в обратном направлении, получая еще один шанс вызвать реакцию светочувствительной клетки. Те световые лучи, которым опять не повезло, и заставляют глаза животных гореть, вызывая у нас невольный трепет.