§ 39. Зорова сенсорна система. Сприйняття світлових стимулів

Характеристики світла. Найважливішими характеристиками світлового випромінювання є інтенсивність і довжина світлових хвиль. Розрізняти світло за інтенсивністю вміють усі тварини, навіть найпростіші. А от зоровий аналізатор, що реєструє відмінності між довжиною світлових хвиль, є не в усіх. Людині поталанило — її зоровій сенсорній системі така здатність властива. Наші фоторецептори реагують на хвилі різної довжини, а обробка їхніх сигналів у центральному відділі аналізатора призводить до виникнення відчуттів, які ми називаємо кольорами.

Так, якщо джерело світла випромінює хвилі завдовжки близько до 560 нм, ми говоримо, що світло зеленого кольору. Так само ми називаємо зеленим і предмет, який відбиває світлові хвилі тієї ж довжини. Якщо ж ми бачимо предмет червоним, це означає, що хвилі, які він відбиває, мають довжину близько 650 нм.

Завдяки кольоровому зору ми сприймаємо випромінювання в діапазоні видимого світла, зазнаючи відчуття кольорів від темно-фіолетового до темно-червоного. Відчуття, яке ми називаємо чорним кольором, виникає в нас у разі, коли поверхня предмета поглинає всі світлові промені, а білого — якщо відбиває всі світлові хвилі, незалежно від їхньої довжини.

Проте різнокольоровим світ є для нас лише тоді, коли він добре освітлений — Сонцем або іншими джерелами світла. Зі зменшенням інтенсивності освітлення наш образ світу втрачає кольори.

Уночі джерелами світла є лише зірки й Місяць, а енергія їх випромінювання значно менша, ніж у Сонця. Довжина світлових хвиль, що досягають земної поверхні, зсунута до «синьої» частини діапазону світлових хвиль. Отже, й видимими можуть бути лише предмети, що здатні відбивати хвилі такої довжини. Значно знижується й інтенсивність світла, яке відбивається від предметів. Тому в темряві ми можемо розрізняти тільки градації інтенсивності світлового випромінювання.

Суб’єктивною шкалою, якою ми для цього користуємося, є різні ступені чорного й білого: чорний — темно-сірий — світло-сірий — білий.

Сприйняття світлових стимулів оком. У який спосіб зоровий аналізатор розрізняє світлові хвилі за інтенсивністю й довжиною, формуючи в нас кольорову картину світу? Як ми бачимо вдень і вночі?

Рецепторний апарат ока. Сітківка людського ока багатошарова (мал. 39.1). У найглибшому її шарі, на межі із судинною оболонкою, залягають клітини пігментного епітелію. Вони містять пігмент

меланін, який поглинає світло. Клітини цього шару отримують поживні речовини з капілярів судинної оболонки й забезпечують метаболізм фоторецепторів. До пігментного епітелію прилягає шар фоторецепторів, які називають паличками й колбочками. У сітківці розміщується близько 125 млн паличок і 6 млн колбочок. За ними розташований шар, де містяться біполярні нейрони (біполяри) і допоміжні клітини, що беруть участь в обробці інформації, отриманої від фоторецепторів. Далі розміщується шар гангліозних нейронів, яких у сітківці близько 1 млн. їхні аксони сходяться до центру сітківки, де з них формується зоровий нерв, що прямує до зорових центрів головного мозку.

Як функціонують палички й колбочки? У паличках міститься пігмент — білок родопсин, а в колбочках — різновиди пігменту йодопсину. Структура молекул цих пігментів може змінюватися під дією світла. Як наслідок, виникають сигнали, що передаються до біполярних нейронів, а з них — до гангліозних клітин.

Палички налаштовані на сприйняття хвиль завдовжки близько 500 нм і надзвичайно чутливі до дії світла. Перетворення родопсину відбувається навіть, якщо паличка в темряві поглинає всього один квант світла (найменшу порцію світлової енергії). З одним біполяром можуть контактувати багато паличок, а декілька біполярів — з однією гангліозною клітиною. Отже, для гангліозних клітин палички створюють велике рецептивне поле — на одну таку клітину можуть припадати сотні паличок. Це значно підвищує вірогідність збудження гангліозної клітини, а отже, й отримання інформації головним мозком. Усі ці властивості паличок і дають їм змогу ефективно працювати за низької освітленості, у сутінках і темряві. Складовою родопсину є речовина, похідна від вітаміну А, і за його нестачі в організмі зір у сутінках значно погіршується. Іноді цей дефект зору називають курячою сліпотою.

Колбочки за різновидами йодопсину поділяють на три групи. В одних міститься пігмент, який найкраще поглинає світлове випромінювання з довжиною хвиль у діапазонах 380-560 нм, у інших — 470-650 нм, у третіх — 470-680 нм. Відповідно, завдяки роботі колбочок першої групи в нас з’являється відчуття фіолетово-го-блакитного, другої — зеленого, а третьої — жовтого й червоного кольорів. Одночасна активність різних видів колбочок у різних поєднаннях забезпечує нас відчуттями всіх кольорових відтінків. Коли ж разом працюють усі три групи колбочок, ми бачимо білий колір. Проте колбочки мають у сто разів меншу світлочутливість, ніж палички. Саме тому вони не працюють у темряві, і світ для нас стає безкольоровим.

Фоторецептори розподілені в сітківці нерівномірно. На ній є місце, де фоторецепторів зовсім немає — це сліпа пляма, де формується зоровий нерв (див. мал. 38.1, с. 159). Збоку від неї розташоване заглиблення — центральна ямка, у якій містяться лише колбочки. Вона розташована в центрі жовтої плями, де є і палички, і колбочки. Проте в міру віддалення від центру кількість колбочок зменшується, і по краях (на периферії) сітківки розташовуються лише палички. Розглядаючи предмет, ми мимоволі повертаємо очі так, щоб його зображення опинилося на центральній ямці — тут і сприйняття кольорів, і гострота зору є найкращими. Периферія сітківки майже не сприймає кольору, але світлова чутливість у цій зоні значно вища, ніж у центрі жовтої плями.

1. Знайдіть у тексті пояснення, чому ми сприймаємо світ різнокольоровим. Запропонуйте товаришеві показати предмети, що відбивають світлове випромінювання з довжиною хвиль близько 400 нм, 500 нм, 600 нм.

2. Скористайтеся мал. 39.1 і текстом та доповніть план повідомлення про рецепторний апарат ока.

Шари сітківки: а) пігментний шар, функція — ...; б) шар фоторецепторів (колбочки і...); функція — ...; в) шар..., функція — .... Ділянки сітківки: а) сліпа пляма — ...; б) жовта пляма — ...; в) ... .

1. Чому ми сприймаємо світ різнокольоровим? 2. У якій ділянці сітківки зорові сигнали не сприймаються; у якій сприймаються краще за все?

3. Якими є відмінності між властивостями паличок і колбочок? 4. Яким є біологічне значення значної величини рецептивного поля гангліозних клітин? 5*. Яке біологічне обґрунтування має відомий вираз «уночі всі коти сірі»? 6*. Чому в темряві діаметр зіниці є максимальним; як це пов’язано з будовою сітківки?

Це матеріал з підручника Біологія 8 клас Базанова