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.
Проверка остроты зрения: что бы видели животные на месте человека с неиспорченным зрением, равным 1; у гигантских кальмаров (внизу) зрение острее, а для орлов и соколов в стандартной таблице даже строчки не видно. Художник Алина Коноваленко
Рекордсменами среди глазастых животных являются гигантские кальмары: глазное яблоко — 27 сантиметров в диаметре, зрачок — 9. А нужны им такие большие глаза… конечно, чтобы лучше видеть, но не Красную Шапочку, то есть добычу, а своих недругов — кашалотов. На 600-метровой глубине кашалот, двигаясь сквозь облака планктона, вызывает свечение микроорганизмов, которое и улавливает чуткий взгляд кальмара. Кальмар различает темный силуэт кашалота на светящемся фоне за 120 метров. Скрыться он не успеет, но сможет приготовиться к встрече с врагом во всеоружии. Крупнее, чем у кальмаров, глаза были только у вымерших морских ящеров ихтиозавров — до 35 сантиметров в диаметре. Наверное, для тех же целей: избегать своих соперников — плиозавров. Вполне возможно, что глубоководная охота и, следовательно, необходимость подогрева глаз вызвали развитие теплокровности у юрских и меловых гигантских морских ящеров — плезиозавров, ихтиозавров и мозазавров. Во всяком случае, геохимик Орельен Бернар из Лионского университета и его группа обнаружили, что кости этих животных по изотопному составу кислорода очень отличаются от рыбьих, и оценили температуру тела ящеров в 35–39 °C в 12-градусной воде.
Убивающая взглядом
Как только органы зрения появились, их можно было приспосабливать к различным условиям, уменьшая или увеличивая размеры глаза, разнообразя строение сетчатки или смещая глаза в разные части головы, если она есть, для создания панорамного, стерео- или телескопического зрения. У кубомедуз, например, нет ни головы, ни мозгов, а камерные глаза с хрусталиком и сетчаткой имеются. Личинки этих медуз с помощью глаз и передвигаются. Это совсем не сложно: светочувствительные клетки происходят от жгутиковых предшественников, основной задачей которых было именно движение.
