Зрение дельфина

На этом фото косатка высовывает голову из воды, чтобы осмотреться.

Глаза дельфинов (а косатка — это самый крупный дельфин) удивительным образом приспособились к тому, чтобы видеть и под водой, и в воздухе. Вспомните, каким мутным всё выглядит под водой, если нырнуть без маски. Четкая картинка у нас в глазу формируется благодаря особой системе линз, преломляющих свет. У наземных зверей эту роль играют две структуры — роговица и хрусталик. Особенно сильно преломляет свет выпуклая поверхность роговицы, так как у нее показатель преломления значительно выше, чем у воздуха. Но у воды показатель преломления почти такой же, как у роговицы, поэтому под водой она почти не преломляет свет — из-за этого-то мы и видим всё так размыто. Если надеть очки или маску, они создают слой воздуха перед глазом, роговица работает как обычно, и мы можем насладиться красотами подводного мира.

У китообразных свет преломляет в основном не роговица, а хрусталик, поэтому он имеет не уплощенную форму, как у нас, а почти сферическую. В нашем глазу фокусировка на объекты, находящиеся вблизи или вдалеке, достигается путем изменения кривизны хрусталика с помощью специальных мышц. Со сферическим хрусталиком такой механизм не работает, поэтому китообразные решают эту задачу иначе — путем смещения хрусталика вперед или назад. У них есть мышцы, позволяющие слегка выдвигать глаз из орбиты и втягивать обратно. Когда глаз втягивается, внутриглазное давление повышается, что приводит к смещению хрусталика вперед; когда глаз выдвигается из орбиты, давление уменьшается, и хрусталик смещается назад.

Схема анатомического строения глаза дельфина-афалины: Co — роговица, L — хрусталик, Ir — радужка, S — склера, R — сетчатка, ON — зрительный нерв. Рисунок из книги B. Würsig, J. G. M. Thewissen, K. Kovacs Mass, 2017. Encyclopedia of Marine Mammals (глава A. M. Mass, A. Y. Supin. Vision)

Когда дельфин высовывает голову из воды, чтобы рассмотреть что-то на воздухе, роговица начинает преломлять свет. Теоретически, при этом животные должны становиться очень близорукими, так как к преломлению в хрусталике добавляется сильное «незапланированное» преломление в роговице. Тем не менее дельфины на воздухе хорошо видят: в дельфинарии они способны точно рассчитать траекторию прыжка и без труда различают тренеров.

Хитрость заключается в особой форме роговицы. В отличие от наземных млекопитающих, у которых она равномерно выпуклая, у дельфинов роговица имеет форму, похожую на ложку, с меньшей кривизной в передней и задней частях. Зрачок у дельфинов необычной подковообразной формы. При высокой освещенности его центр полностью смыкается, а открытыми остаются только рога подковы — две узкие щели в передней и задней части радужной оболочки. Уплощенные области роговицы находятся как раз над этими щелями, так что на воздухе при хорошем освещении свет проникает в глаз дельфина только через них и почти не преломляется. Под водой света гораздо меньше, чем на воздухе, и освещенность резко убывает с глубиной, поэтому зрачок открывается, из подковообразного превращаясь в круглый.

Глаз косатки вблизи, видна подковообразная форма зрачка. Фото © Мигель Невес, Лоро-парк Тенерифе, 2014 год

Кроме того, близорукость в воздухе частично компенсируется смещением хрусталика. Рассматривая что-то на воздухе, дельфин несколько выдвигает глаз вперед, тем самым снижая внутриглазное давление — это уменьшает кривизну роговицы и приводит к смещению хрусталика назад и снижению близорукости. Под водой глаз втянут в орбиту, в результате чего повышение внутриглазного давления приводит к сдвигу хрусталика вперед, подстраивая глаз к зрению под водой.

В сетчатке глаза большинства млекопитающих есть область, в которой концентрация светочувствительных клеток максимальна. Обычно она находится в центре сетчатки или, у животных с боковым расположением глаз (например, у зайцев), растянута в виде горизонтальной полоски. У китообразных таких областей две: одна расположена в передней, а другая — в задней части глаза. Когда зрачок дельфина на ярком свету закрывается, оставляя два отверстия, каждое из них оказывается как раз напротив соответствующей области на сетчатке.