3.2.3. Світло як умова орієнтації тварин

Для тварин сонячне світло не є таким необхідним фактором, як для зелених рослин, оскільки всі гетеротрофи зрештою існують за рахунок енергії, накопиченої рослинами. Тим не менш, і в житті тварин світлова частина спектру сонячного випромінювання відіграє важливу роль. Різні види тварин потребують світла певного спектрального складу, інтенсивності та тривалості освітлення. Відхилення від норми пригнічують їхню життєдіяльність і призводять до загибелі. Розрізняють види світлолюбні (фотофіли) та тенелюбні (фотофоби); еврифотні, що виносять широкий діапазон освітленості, і стенофотні, що переносять вузькообмежені умови освітленості.

Світло для тварин необхідна умова бачення, зорової орієнтації у просторі. Розсіяні, відбиті від навколишніх предметів промені, сприймані органами зору тварин, дають їм значну частину інформації про світ. Розвиток зору тварин йшло паралельно з розвитком нервової системи.

Повнота зорового сприйняття довкілля залежить у тварин насамперед від ступеня еволюційного розвитку. Примітивні очі багатьох безхребетних – це просто світлочутливі клітини, оточені пігментом, а в одноклітинних – світлочутлива ділянка цитоплазми. Процес сприйняття світла починається із фотохімічних змін молекул зорових пігментів, після чого виникає електричний імпульс. Органи зору окремих очей не дають зображення предметів, а сприймають лише коливання освітленості, чергування світла і тіні, які свідчать про зміни у навколишньому середовищі. Образне бачення можливе лише за досить складному пристрої ока. Павуки, наприклад, можуть розрізняти контури предметів, що рухаються, на відстані 1–2див. Найдосконаліші органи зору – очі хребетних, головоногих молюсків та комах. Вони дозволяють сприймати форму та розміри предметів, їх колір, визначати відстань.

Здатність до об'ємного бачення залежить від кута розташування очей та від ступеня перекривання їх полів зору. Об'ємний зір, наприклад, притаманно людини, приматів, низки птахів – сов, соколів, орлів, грифів. Тварини, у яких очі розташовані з боків голови, мають монокулярний, площинний зір.

Гранична чутливість високорозвиненого ока величезна. Людина, що звикла до темряви, може розрізнити світло, інтенсивність якого визначається енергією всього п'яти квантів, що близько до фізично можливої межі.

Поняття видимого світла певною мірою умовно, оскільки окремі види тварин сильно різняться наскільки можна сприймати різні промені сонячного спектра. Для людини область видимих променів – від фіолетових до темно-червоних.

Мал. 25. Різний ступінь редукції очей у глибоководних риб сімейства Scopelidae (за Ф. Швердпфегером, 1963):

1- Chlorophthalmus productus (з глибини 750 м);

2-Bathypterois dubius (800-1000 м);

3- Benthosaurus grallator (3000 м);

4- Dathymicrops regis (5000 м)

Деякі тварини, наприклад гримучі змії, бачать інфрачервону частину спектра і ловлять видобуток у темряві, орієнтуючись за допомогою органів зору. Для бджіл видима частина спектру зсунута більш короткохвильову область. Вони сприймають як колірну значну частину ультрафіолетових променів, але не розрізняють червоних.

Крім еволюційного рівня групи, розвиток зору та його особливості залежать від екологічної обстановки та способу життя конкретних видів (рис. 25, 26).

Мал. 26. Очіжука-вертячки Gyrinus та чотириокої рибки Anableps, що плавають біля поверхні води:

а– верхня частина ока, пристосована до зору повітря;

б- нижня частина ока, пристосована до зору у воді;

в- місце прикріплення вусика у вертячки

У постійних мешканців печер, куди не проникає сонячне світло, очі можуть бути повністю або частково редуковані, як, наприклад, у сліпих жуків жужелиць, протеїв серед амфібій та ін.

Здатність до розрізнення кольору значною мірою залежить від того, при якому спектральному складі випромінювання існує або активний вид. Більшість ссавців, що ведуть походження від предків із сутінковою та нічною активністю, погано розрізняють кольори та бачать все у чорно-білому зображенні (собачі, котячі, хом'яки та ін.). Такий самий зір притаманно нічних птахів (сови, козодои). Денні птахи мають добре розвинений колірний зір.

Життя при сутінковому висвітленні призводить часто до гіпертрофії очей. Величезні очі, здатні вловлювати нікчемні частки світла, властиві провідним нічний спосіб життя лемурам, мавпам лорі, довгоп'ятам, совам та ін.

Мал. 27. Проліт північноамериканських полярних крачок на зимівлі (за І. Штейнбахером, 1956)

Тварини орієнтуються з допомогою зору під час далеких перельотів та міграцій. Птахи з вражаючою точністю вибирають напрямок польоту, долаючи іноді тисячі кілометрів від гніздування до місць зимівель (рис. 27).

Доведено, що при таких далеких перельотах птахи хоча б частково орієнтуються на сонце та зірки, тобто астрономічні джерела світла. При вимушеному відхиленні від курсу вони здатні до навігації, тобто зміни орієнтації, щоб потрапити в потрібну точку Землі. При неповній хмарності орієнтація зберігається, якщо виднохоч би частина неба. У суцільний туман птахи не летять або, якщо він застає їх у дорозі, продовжують летіти наосліп і часто збиваються з курсу.

Здатність птахів до навігації доведена багатьма дослідами.

Птахи, що сидять у клітинах, у стані передміграційного занепокоєння завжди орієнтуються у бік зимівлі, якщо вони можуть спостерігати за становищем сонця або зірок. Наприклад, коли сочевиць перевезли з узбережжя Балтійського моря до Хабаровська, вони змінили свою орієнтацію в клітинах із південно-східної на південно-західну. Зимують ці птахи в Індії. Таким чином, вони здатні правильно вибирати напрямок польоту на зимівлю з будь-якої точки Землі. Вдень птахи враховують не лише положення сонця, а й усунення його у зв'язку з широтою місцевості та часом доби. Досліди в планетарії показали, що орієнтація птахів у клітинах змінюється, якщо міняти перед ними картину зоряного неба відповідно до напряму передбачуваного перельоту.

Мал. 28. Орієнтація польоту бджіл за становищем сонця (по W. Jacobs, М. Renner, 1974):

A – орієнтація польоту за хабарем;

Б - танець бджоли-розвідниці на вертикальних стільниках:

1– положення осі «вісімки» у разі, якщо напрямок до місця хабара збігається з напрямком на сонці;

2- відхилення осі «вісімки» при пересуванні сонця

Навігаційна здатність птахів уроджена. Вона не здобувається за рахунок життєвого досвіду, а створюється природним відбором як система інстинктів. Точні механізми такої орієнтації ще погано вивчені. Гіпотеза орієнтації птахів у перельотах за астрономічними джерелами світла нині підкріплена матеріалами дослідів та спостережень.

Здатність до такого роду орієнтації властива й іншим групам тварин. Серед комах вона особливо розвинена у бджіл.Бджоли, що знайшли нектар, передають іншим інформацію про те, куди летіти за хабарем, використовуючи як орієнтир положення сонця. Бджола-розвідниця, що відкрила джерело корму, повертається у вулик і починає на стільниках танець, здійснюючи швидкі повороти. При цьому вона описує фігуру у вигляді вісімки, поперечна вісь якої нахилена по відношенню до вертикалі. Кут нахилу відповідає куту між напрямками на сонці та на джерело корму (рис. 28). Коли медозбір дуже багатий, розвідниці сильно збуджені і можуть танцювати довго протягом багатьох годин, вказуючи збиральницям шлях до нектару. За час їхнього танцю кут нахилу вісімки поступово зміщується відповідно до руху сонця по небу, хоча бджоли в темному вулику і не бачать його. Якщо сонце ховається там, бджоли орієнтуються на поляризоване світло вільної ділянки піднебіння. Площина поляризації світла залежить від становища сонця.