Недостатки глаз человека: Недостатки зрения и их исправление — урок. Физика, 9 класс. — Оформление в психоневрологический интернат, дом престарелых

Недостатки глаз человека: Недостатки зрения и их исправление — урок. Физика, 9 класс.

Содержание

Глаз и зрение человека | 8 класс

Содержание

Окружающий нас мир наполнен различными красками, звуками, запахами. Информацию о нем мы получаем через органы чувств – зрения, слуха, осязания, вкуса и обоняния. Внешний мир мы видим благодаря зрению. Именно с помощью глаз мы получаем более 70% информации об окружающем нас пространстве.

На данном уроке вы познакомитесь с устройством человеческого глаза — его важными частями. Мы рассмотрим, как и где получается изображение у здоровых людей и у людей с нарушениями зрения.

Структура глаза

Человеческий глаз, как и глаза многих животных, имеет почти шарообразную форму (рисунок 1). Этот шар целиком называют глазным яблоком. Он защищен специальной плотной оболочкой — склерой.

Передняя часть склеры — это роговая оболочка 1 (роговица). Она прозрачная.

За роговой оболочкой находится радужная оболочка 2 (радужка). Именно эта часть глаза бывает разных цветов.Пространство между радужкой и роговицей заполнено водянистой жидкостью.

Как вы видите из рисунка 1, радужная оболочка не покрывает глаз по всему объему, в ней есть отверстие. Это отверстие и есть наш зрачок 3.

Вы знаете, что наши зрачки могут сужаться и расширяться. В это время меняется диаметр зрачка. В среднем изменения составляют от 2 до 8 мм. Такие изменения размеров возможны благодаря способности радужной оболочки раздвигаться и сдвигаться.

Важно понимать, что наш зрачок — это не какое-то физическое тело, а лишь обозначение отверстия в радужке. При движениях радужки это отверстие может увеличиваться или уменьшаться.

За зрачком у нас находится прозрачное тело, по форме похожее на собирающую линзу, — хрусталик 4. Он крепится к склере с помощью мышц 5.

За хрусталиком находится стекловидное тело 6. Оно тоже прозрачное, и заполняет собой большую часть глаза.

Задняя часть склеры называется глазным дном. Оно покрыто сетчатой оболочкой 7 (сетчаткой). Эта оболочка не гладкая, она состоит из множества тончайших волокон. Эти волокна представляют собой разветвленные окончания зрительного нерва, чувствительные к свету.

{"questions":[{"content":"Цветная часть глаза - это[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Склера","Роговица","Хрусталик","Сетчатка","Радужка"],"answer":[4]}}}]}

Формирование изображения в глазу

Как же получается и воспринимается изображение глазом? Давайте разберемся.

Свет падает в глаз. При этом он преломляется на передней поверхности глаза, в роговице, хрусталике и стекловидном теле — в оптической системе глаза.

В итоге, на сетчатке образуется изображение (рисунок 2).

Полученное изображение предметов будет являться действительным, уменьшенным и перевернутым.

Когда образуется изображение, происходит раздражение нервных окончаний зрительного нерва (из которых и состоит сетчатка). Эти раздражения передаются в мозг по нервным волокнам. Так мы получаем зрительное впечатление — видим предметы.

Почему же мы тогда видим предмет прямым, а не перевернутым? Мозг постоянно обрабатывает информацию, полученную с помощью зрения. Поэтому говорят, что мы видим окружающий нас мир не глазами, а мозгом.

{"questions":[{"content":"Изображение, которое образуется на сетчатке глаза, является[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Действительным, уменьшенным и перевернутым","Действительным, уменьшенным и прямым","Мнимым, уменьшенным и перевернутым"],"answer":[0]}}}]}

При этом новорожденные видят мир перевернутым примерно до трех недель. К этому времени мозг обучается «переворачивать» увиденное.

Интересный эксперимент провел Джордж М. Стрэттон из Калифорийского университета. Если человеку надеть очки, которые переворачивают зрительный мир вверх ногами, то в первые дни у него происходит совершенная дезориентация в пространстве. Но уже через неделю человек привыкает к «перевернутому» миру вокруг него, и даже все меньше осознает, что окружающий мир перевернут. У него формируются новые зрительно-двигательные координации. Если после этого снять очки-перевертыши, то у человека снова происходит нарушение ориентации в пространстве, которое вскоре проходит. Этот эксперимент демонстрирует гибкость работы зрительного аппарата и мозга в целом.

Аккомодация глаза

Наш глаз способен получать четкие изображения предмета вне зависимости от его положения. Да, наше зрение имеет свои пределы, но мы способны одинаково хорошо видеть предмет, лежащий на нашей ладони, и предмет, находящийся в дальнем углу комнаты.

Это свойство выработалось в оптической системе глаза в ходе эволюции. В его основе лежат возможности нашего хрусталика. Его кривизна может изменяться. Значит, может изменяться и его оптическая сила.

Когда мы смотрим на дальние от нас предметы, кривизна хрусталика невелика. Мышцы, которые его окружают, расслаблены. Хрусталик практически плоский.

Если мы посмотрим на ближние к нам предметы, то мышцы начнут сжимать хрусталик. Его кривизна увеличится, хрусталик станет более выпуклым. Увеличится и оптическая сила.

{"questions":[{"content":"Оптическая сила глаза может изменяться благодаря[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Способности хрусталика изменять свою кривизну","Наличию нескольких фокусов","Передвижениям сетчатки"],"answer":[0]}}}]}

Это явление получило название — аккомодация глаза.

Аккомодация (в переводе с латинского “приспособление”) — это способность глаза приспосабливаться к видению как на близком, так и на дальнем расстоянии.

Как создается четкое изображение на сетчатке, когда переводят взгляд с удаленного предмета на близкий? Благодаря аккомодации нашего глаза. Когда мы переводим взгляд на более близкий объект, мышцы напрягаются и сжимают хрусталик. Его оптическая сила увеличивается, теперь мы можем сфокусировать взгляд на более коротком расстоянии. В итоге, получается четкое изображение на сетчатке нашего глаза.

Предел аккомодации наступает при нахождении предмета на расстоянии 12 см от нашего глаза. Однако при очень близком расположении рассматриваемого предмета напряжение мышц, деформирующих хрусталик, усиливается, и работа глаза становится утомительной.

Оптимальное расстояние при чтении, письме, шитье и др. составляет около 25 см. Это расстояние называют расстоянием ясного (или наилучшего) видения.

{"questions":[{"content":"Аккомодация глаза позволяет нам [[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Хорошо видеть предметы, находящиеся на различных расстояниях от нас","Различать предметы разных цветов","Видеть предметы прямыми, а не перевернутыми"],"answer":[0]}}}]}

Какие преимущества дает зрение двумя глазами?

Зрение двумя глазами обеспечивает нам широкое поле зрения. Мы можем видеть достаточно большое пространство перед собой.

Кроме этого, такое устройство нашего зрения позволяет различать, какие предметы находятся к нам ближе, а какие — дальше. Как это происходит?

На сетчатках правого и левого глаза получаются изображения, отличные друг от друга. Мы как бы видим предметы слева и справа. Чтобы это проверить, достаточно выбрать близкий к нам предмет и по очереди посмотреть на него сначала правым глазом, а потом левым.

Чем ближе к нам предмет, тем сильнее будет различие в изображениях разных глаз. Именно это различие и создает впечатление разницы в расстояниях. Когда мы смотрим двумя глазами, эти изображения сливаются в одно. Это наш мозг, получив информацию от каждого глаза по отдельности, выдает нам итоговую картинку. Из-за этого мы видим предметы объемными, а не плоскими.

{"questions":[{"content":"Зрение двумя глазами [[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Дает более широкий обзор","Позволяет видеть предметы объемными, а не плоскими","Позволяет видеть предметы на расстоянии меньше 12 см","Способствует более быстрой обработке информации мозгом"],"answer":[0,1]}}}]}

Близорукость и дальнозоркость

Изображение образуется именно на сетчатке глаза благодаря аккомодации. Так происходит в случае, если глаз нормальный. Что означает «нормальный»?

Нормальный глаз — это глаз, способный в ненапряженном состоянии собирать параллельные световые лучи в точке, лежащей на сетчатке глаза.

Нормальный глаз представлен на рисунке 3, а. Параллельные лучи падают на глаз и после прохождения оптической системы собираются в точке на сетчатке — в фокусе. Еще один пример, показывающий как оптическая система глаза схожа с собирающей линзой.

{"questions":[{"content":"Если на нормальный глаз направить параллельные лучи света, то после прохождения его оптической системы эти лучи[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Соберутся в фокусе на сетчатке глаза","Соберутся в фокусе за сетчаткой глаза","Сойдутся в одной точке стекловидного тела","Не вызовут зрительных ощущений"],"answer":[0]}}}]}

Самыми распространенными глазными недостатками считаются близорукость и дальнозоркость.

Близоруким называется глаз, у которого фокус при спокойном состоянии глазной мышцы лежит внутри глаза.

Близорукий глаз показан на рисунке 3, б. Как вы видите, после преломления лучи сходятся не на сетчатке, а внутри склеры. Чаще всего близорукость обусловлена тем, что сетчатка находится на большем расстоянии от хрусталика, чем в нормальном глазу.

Представьте, как близорукий человек смотрит на предмет, находящийся на расстоянии 25 см от его глаз. Изображение этого предмета образуется не на сетчатке, а впереди нее — ближе к хрусталику. Чтобы изображение оказалось на сетчатке, предмет нужно поднести ближе. Именно поэтому расстояние наилучшего видения у близорукого глаза будет меньше 25 см. Т.е., такой глаз хорошо видит предметы, находящиеся вблизи, и плохо (расплывчато) те предметы, что находятся далеко.

{"questions":[{"content":"При близорукости изображение образуется[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["перед сетчаткой","за сетчаткой","на сетчатке"],"answer":[0]}}}]}

Дальнозоркие люди плохо видят предметы вблизи. Глаз такого человека показан на рисунке 3, в.

Дальнозорким называется глаз, у которого фокус при спокойном состоянии глазной мышцы лежит за сетчаткой.

Дальнозоркость обуславливается тем, что сетчатка расположена ближе к хрусталику, по сравнению с нормальным глазом. Четкое изображение предмета будет образовываться за сетчаткой. Чтобы изображение оказалось на сетчатке нужно отдалить предмет от глаза.

{"questions":[{"content":"Дальнозоркие люди[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Хорошо видят предметы вблизи и расплывчато вдали","Хорошо видят предметы вдали и расплывчато вблизи","Видят предметы расплывчато на любом расстоянии"],"answer":[1]}}}]}

Разница в расположении сетчатки относительно хрусталика не всегда должна быть большой. Отдаление или приближение сетчатки даже на расстояние меньше 1 мм может привести к заметной близорукости или дальнозоркости.

Коррекция зрения с помощью линз

Недостатки зрения могут быть врожденные, а могут проявляться с возрастом. Например, многие люди к старости становятся дальнозоркими, хотя всю жизнь имели нормальное зрение.

Дело в том, что со временем хрусталик уплотняется и теряет способность сжиматься. Мышцы, прежде способные сжимать его, ослабевают и способность аккомодации уменьшается. Поэтому изображение образовывается за сетчаткой такого глаза.

Близорукость и дальнозоркость можно уменьшить или совсем убрать при использовании линз (очков или контактных линз).

У близорукого глаза изображение образовывается внутри глаза перед сетчаткой. Необходимо его передвинуть на сетчатку.

Для этого нужно уменьшить оптическую силу преломляющей системы глаза. Поэтому применяют рассеивающую линзу (рисунок 4).

Оптическая сила таких линз отрицательная. Если вы видите очки, оптическая сила которых равна -1 дптр, -4,5 дптр, -6 дптр, то это очки для близоруких людей.

У дальнозоркого человека изображение получается за сетчаткой глаза. Его, наоборот, нужно пододвинуть, чтобы оно оказалось на сетчатой оболочке глаза (рисунок 5). Для этого нужно усилить оптическую систему глаза.

Здесь используют собирающие линзы. Такие очки для дальнозорких людей могут иметь, например, оптическую силу +0,5 дптр, +3 дптр, +4,25 дптр.

{"questions":[{"content":"Очки для близоруких людей имеют [[fill_choice-1]] оптическую силу, а для дальнозорких - [[fill_choice-4]].","widgets":{"fill_choice-1":{"type":"fill_choice","options":["отрицательную","положительную"],"answer":0},"fill_choice-4":{"type":"fill_choice","options":["положительную","отрицательную"],"answer":0}}}]}

На данный момент популярны операции лазерной коррекции зрения. В их ходе врачи изменяют форму роговицы. Основной принцип заключается в придании ей новой формы. Это необходимо, чтобы сфокусировать световые лучи на сетчатке.

Сложность человеческого глаза – от слепого пятна и макулы до сфокусированного и периферийного зрения

Как наш мозг корректирует сложные дефекты человеческого глаза.

Наши глаза эволюционировали в течение 500 миллионов лет, начиная с простой светочувствительной точки. Это является очень важным эволюционным шагом, потому что зрячие существа имеют явные преимущества перед слепыми особями. Исследователи никак не могут прийти к единому мнению относительно того, произошли ли эти глаза от одного прото-глаза или же в каждом отдельном случае глаза развивались независимо друг от друга. Потребности разных организмов привели к возникновению разных типов глаз: от плоских глаз, глаз в виде ямочки, глаз в виде отверстия, а также фасеточных или сложных глаз до глаз с хрусталиком у позвоночных, включая людей. Последний тип глаз считается одним из наиболее совершенных органов зрения, созданных природой.

Развитие глаз с хрусталиком позволило четко и ясно воспринимать окружающую среду. Несмотря на это, человеческий глаз имеет свои эволюционные слабости…

Работая совместно с глазами, мозг играет важную роль в мире человеческого зрения. Прилагая незаметные минимальные усилия, он компенсирует недостатки наших глаз. Это лучший пример командной игры!

Когда глаз с хрусталиком у позвоночных (и, конечно же, у человека) эволюционировал, произошло нечто необычное. Например, в отличие от каракатицы, имеющей очень сложный пузыреобразный глаз с хрусталиком, появившийся в результате впячивания эпидермиса, человеческий глаз (по-видимому, случайно) формировался совершенно по-другому по мере развития мозга. На первый взгляд, это может показаться незначительным отличием, к тому же, зачастую более предпочтительным является наличие большего количества зрительных рецепторов. Как этом ни странно, наши зрительные рецепторы расположены неправильно вокруг сетчатки и направлены внутрь организма, а нервные клетки – к источнику света.

Слепое пятно (Fovea centralis)

Слепое пятно (скотома) – место в глазах, в котором зрительный нерв проходит через сетчатку в мозг. Сеть нервных клеток, являющаяся частью зрительного нерва, создает некое подобие «отверстия» в сетчатке, т.е. часть поля зрения, которая не воспринимается из-за недостатка светочувствительных зрительных фоторецепторов. Эта неудачная конструкция сетчатки, которая приводит к возникновению слепого пятная в нашем поле зрения, называется у специалистов «перевернутым глазом». Слепое пятно расположено на 15 градусах к носу относительно зрительной линии. Здоровые люди не замечают недостающей зрительной информации, поскольку наш мозг интерполирует слепое пятно на основании информации об окружающей среде, информации от другого глаза и обработки изображений, получаемых в результате движений глаз.

Слепое пятно было впервые описано французским физиком Эдмом Мариоттом в 1660 г.

1. Слепое пятно 2. Макула
3. Зрительный нерв 4. Конъюнктива
5. Роговица 6. Камера глаза
7. Зрачок 8. Радужка
9. Хрусталик 10. Ресничная мышца
11. Стекловидное тело 12. Склера
13. Сосудистая оболочка 14. Сетчатка

Демонстрация слепого пятна

Вот как это делается:
Закройте левый глаз и сфокусируйте правый глаз на точке слева. Расположитесь таким образом, чтобы ваш глаз находился от экрана на расстоянии, примерно в два раза больше расстояния между точкой и центром сетки на экране. Теперь медленно поверните голову назад от экрана. В определенной точке вы заметите, что пустой центр сетки «заполнен». Это и есть слепое пятно – точка, в которой недостающая зрительная информация передается мозгу.

Лучший друг слепого пятна – макула

Так же, как и слепое пятно, каждый человеческий глаз имеет зону на сетчатке, в которой обеспечивается максимально сфокусированное зрение – так называемая макула (macula lutea). Центр макулы содержит наибольшую концентрацию колбочек, одного из двух типов зрительных фоторецепторов глаза. Данная небольшая центральная ямка (fovea centralis) располагается точно в середине макулы и отвечает за четкое центральное зрение.

В темноте все кошки серы

Животные, которым требуется хорошее ночное зрение, обычно имеют большие глаза, например, совы, экзотические животные (долгопяты) и даже кошки. Фактически у кошек тоже есть специальная сетчатка, содержащая отражающий слой, который пропускает больше света к сетчатке. Глаза ночных охотников устроены не так, как у людей. По сравнению с людьми, ведущими дневной образ жизни, ночные животные имеют гораздо больше палочек (отвечающих за восприятие яркости), чем колбочек (отвечающих за цветовосприятие).

Наши колбочки играют ключевую роль в цветном зрении. У нас всего три типа колбочек, которые имеют максимальную чувствительность к красному, синему или зеленому свету, соответствующие определенным длинам волн дневного света.

Почему мы не можем пристально смотреть на предметы

Вы можете сказать, что все существа имеют глаза, которые они заслуживают. Потенциальным жертвам хищников важно иметь отличное круговое поле зрения. Именно поэтому глаза у зайцев, оленей и других травоядных животных глаза расположены на боковых сторонах головы. Однако это усложняет восприятие глубины и расстояния.

Благодаря глазам, направленным вперед, люди могут очень точно оценивать глубину и расстояние, хотя у нас и нет кругового поля зрения, возможно, из-за того, что оно нам не нужно.

Строго говоря, мы не можем пристально смотреть на предмет, когда фокусируемся на нем. Зрительные фоторецепторы на нашей сетчатке реагируют только на изменения условий освещения. Таким образом, если мы начнем пристально смотреть на предмет, то неподвижное изображение начнет расплываться. Природа, как всегда, имеет решение: наши глаза непрерывно совершают небольшие движения, чего мы даже не замечаем, чтобы предмет находился в фокусе и мы могли воспринимать предметы вокруг себя. Даже когда мы фокусируем взгляд в одной точке, наши глаза совершают небольшие и быстрые перемещения, известные как саккада.

Сравнение сфокусированного зрения и периферийного зрения

Периферийное зрение является частью вашего зрения, которое находится за пределами центрального сфокусированного поля зрения. Целью периферийного зрения является формирование первоначального представления или контекста перед тем, как вы сможете сфокусироваться на чем-либо, поэтому оно работает не так, как сфокусированное зрение. Периферийное зрение занимает более 90% поля зрения, используя при этом около 50% зрительных фоторецепторов. Это означает, что в нашем периферийном зрении способность различать мелкие детали отходит на второй план из-за гораздо меньшей остроты зрения или разрешения. Однако наше периферийное зрение гораздо лучше позволяет воспринимать движение, потому что нам нужно быстро распознавать потенциальные риски.

Периферийное зрение и очковые линзы

Когда зрение становится нечетким, нужно надеть очки, чтобы скорректировать соответствующие дефекты. Однако самым сложным в изготовлении линз является конструкция линзы которая не только восстанавливает четкое центральное зрение, но и обеспечивает комфортное ненапряженное периферийное зрение. Именно поэтому расчеты, выполненные при производстве линз, требуют математических и научно-технических знаний в области оптики. В итоге периферийное зрение владельца очков при ношении очков не должно отличаться от периферийного зрения при отсутствии коррекции зрения. Данная задача усложняется, когда речь заходит о производстве прогрессивных очков или очков для занятий спортом с изогнутыми линзами.

Знаете ли вы, что для определения того, сколько нужно времени для привыкания к прогрессивным линзам в зонах близи, дали и промежуточной зоне используется не наше центральное, сфокусированное зрение, а изменения периферийного зрения? Данные изменения могут приводить к искажениям, которые могут быть незаметны в начале. Но беспокоиться не о чем: наш мозг быстро адаптируется к данным изменениям. Мы быстро привыкаем к новому зрению и воспринимаем изображение периферии как нормальное.

Однако существует два важных момента:

Обратитесь за профессиональным советом к специалисту, чтобы он помог подобрать прогрессивные линзы, подходящие именно вам.
Носите новые прогрессивные линзы практически непрерывно с самого начала, особенно когда вы много двигаетесь. Это поможет вашему мозгу гораздо быстрее привыкнуть к новому улучшенному зрению.

Мой зрительный профиль Укажите персональные зрительные привычки и подберите индивидуальное решение.

Зайдите в ваш зрительный профиль сейчас!

Найдите оптику рядом с вами

Статьи по теме

Сопутствующие товары

Дарвин и Гельмгольц о недостатках глаза | Офтальмология | JAMA Ophthalmology

Чарльз Дарвин интересовался работой глаза и переписывался с Уильямом Боуменом и Корнелисом Дондерсом о его структуре и функциях. В своем труде «О происхождении видов » в 1859 году он постарался доказать, что даже такой сложный орган, как глаз, мог возникнуть в результате естественного отбора. В других контекстах Дарвин также придавал особое значение наблюдениям, выявлявшим несовершенства в развитии органических признаков. Именно это направление исследований так красноречиво противоречило креационистскому кредо сверхъестественного замысла. Дарвин указывал на это во втором издании своего труда 9.0003 Происхождение человека и отбор в отношении пола (1874 г.), в котором он особо сослался на взгляды Германа Гельмгольца на несовершенство глаза.

Переписка Дарвина о глазе

Дарвин больше, чем большинство ученых его поколения, полагался на личную переписку. (Более 14 000 писем к нему или от него до сих пор сохранились, и это, вероятно, только половина от общего числа. ¹ ). Таким образом, Дарвин взрастил широкий круг экспертов и не стеснялся использовать их опыт для продвижения своих собственных идеи. Он активно переписывался с другими натуралистами и специалистами во многих областях, от фермеров, садоводов и голубеводов до дипломатов, армейских офицеров и врачей, в том числе офтальмологов. Он переписывался с Уильямом Боуменом и в 1867 г., работая над Выражение эмоций у человека и животных , Дарвин спросил Боумена о связи между сокращением бровей и слезотечением. Боумен сомневался в какой-либо связи, но все же написал: «Будьте уверены, что никто не ценит ваши труды больше, чем я — я думаю, что ваши взгляды — единственно рациональные взгляды на великую тему течения жизни на нашей планете». ²

В сентябре 1869 года, когда Франциск Корнелис Дондерс был с визитом в Лондоне, Боумен привел его навестить Дарвина в его дом в Даун-Хаусе. Дарвин писал, что нашел Дондерса «очень приятным, веселым человеком и хорошим «дарвинистом» (!). Затем Дарвин много раз ссылался на мнение Дондерса в Выражение эмоций у человека и животных (1872). ³ Дарвин нашел физиологию зрачка «очень сложной», и с тех пор это мнение разделяют поколения офтальмологов.

Дарвин также много читал и хорошо знал, кто является авторитетом в науке. Как мы увидим, он был хорошо осведомлен о первенстве Гельмгольца в визуальной науке.

Половой отбор

О происхождении видов в 1859 г. избегал обсуждения того, что, как знал Дарвин, будет спорным вопросом эволюции человека, лишь мельком упомянув, что его теория прольет свет на этот вопрос, не затрагивая его непосредственно. Он действительно ясно понял суть крапивы в книгах «Происхождение человека» и «Отбор по отношению к полу» в 1871 году, а второе издание вышло в 1874 году. Здесь он разработал свою теорию полового отбора как подмножества естественного отбора, используя ее для учета для таких заметных особенностей — обычно, но не всегда у самцов — как яркая окраска, поведение ухаживания и особенно демонстративное оперение птиц, особенно перья павлина. Эти показные черты казались бесполезными, расточительными и даже вредными — до тех пор, пока кто-то не подумал, что они каким-то образом связаны с тем, как животные оценивают желанность потенциального партнера.

Перья павлина

Другие натуралисты воспевали совершенство и красоту перьев фазана и павлина, в которых особенно бросался в глаза круглый «глазок» или «глазок» (рис. 1). Вместо того чтобы следовать этому пути, Дарвин воспользовался случаем, чтобы написать подробное, почти навязчивое обсуждение того, как эти глазки часто формировались в рудиментарном или неполном выражении идеальной формы. Здесь Дарвин писал языком орнитологов того времени, которые полагали, что их собственные стандарты красоты и стандарты красоты птиц одинаковы. «Идеальный» глазок должен был бы быть круглым и полностью окруженным двойным круглым ореолом — то, что он назвал конфигурацией шара и гнезда, — если бы он хотел достичь своей наибольшей красоты. В действительности, однако, примитивные и промежуточные глазки — овальные, сросшиеся и неполные — появлялись у некоторых видов, а также на перьях особей, которые также имели более совершенные глазки в других местах своего проявления. Их можно считать промежуточными станциями или градациями в развитии идеального глазка (рис. 2 и рис. 3). Несмотря на это, фазаны-самцы с такими несовершенными чертами, очевидно, по-прежнему привлекательны для самок.

Почему Дарвина так увлекла необходимость показать, что глазки существуют в иных состояниях, чем те, которые сторонники естественной теологии в своем антропоцентрическом подходе считали конечной, совершенной формой? Здесь он обращался к основным принципам естественной теологии, креационистскому или разумному замыслу того времени. Совершенство подразумевалось в самой идее сверхъестественного творца или дизайнера. Было бы святотатством предполагать, что такая сила намеренно вносила бы несовершенства в замысел или требовала экспериментов, чтобы найти совершенный замысел.

Эта озабоченность отражала главное поле битвы в самой идее о том, что виды могут меняться с течением времени и становиться другими видами вместо того, чтобы быть полными и совершенными с первой недели творения. Неизменное совершенство не было способом эволюции. Естественный отбор оперировал случайными вариациями, воздействуя на них таким образом, чтобы время от времени повышать репродуктивный успех организма. Половой отбор был просто еще одним способом признать это: «Однако мы не имеем права ожидать абсолютного совершенства в части, ставшей декоративной в результате полового отбора, точно так же, как мы не имеем права ожидать абсолютного совершенства в части, модифицированной посредством естественного отбора для реального использования [т. с прямой или немедленной ценностью для выживания]; например, в этом чудесном органе — человеческом глазе». ⁴ Здесь Дарвин внезапно представился, почти как запоздалая мысль, которая только что пришла ему в голову и вряд ли стала кульминацией всего напряженного обсуждения. . . несовершенства человеческого глаза: «И мы знаем, что Гельмгольц, высший авторитет в Европе по этому вопросу, сказал о человеческом глазе; что, если бы оптик продал ему столь небрежно сделанный инструмент, он счел бы себя полностью вправе вернуть его».

Гельмгольц на глазах

Что на самом деле написал Гельмгольц и почему Дарвин вспомнил об этом именно в этот момент? В 1873 году в Нью-Йорке был опубликован английский перевод « популярных лекций по научным предметам » Германа Гельмгольца. В нем Гельмгольц посвятил несколько глав глазу и физиологии зрения, описав множество причин, по которым человеческий глаз не является совершенным оптическим инструментом. Он упомянул остаточные изображения, сферическую аберрацию, астигматизм, помутнение стекловидного тела, физиологические слепые пятна из-за диска зрительного нерва и связанных с ним сосудов сетчатки, а также далеко не идеальную прозрачность роговицы и хрусталика даже при отсутствии реальных помутнений:

Теперь не будет преувеличением сказать, что если бы оптик захотел продать мне инструмент со всеми этими дефектами, я бы счел себя вполне оправданным, обвиняя его в небрежности в самых строгих выражениях и возвращая ему его инструмент. Конечно, я не буду делать этого со своими глазами и буду только рад сохранить их, сколько смогу, с дефектами и прочим. Тем не менее тот факт, что, какими бы плохими они ни были, я не могу найти других, ничуть не умаляет их недостатков, пока я придерживаюсь узкой, но бесспорной позиции критика на чисто оптических основаниях. . . .
Теперь мы видели, что глаз сам по себе никоим образом не является таким совершенным оптическим инструментом, как кажется на первый взгляд: его исключительная ценность зависит от того, как мы им пользуемся: его совершенство практическое, а не абсолютное, состоит не в избегание всякой ошибки, но тот факт, что все его недостатки не мешают ему оказывать самые важные и разнообразные услуги. . . .
С этой точки зрения изучение глаза дает нам глубокое понимание истинного характера органической адаптации в целом. И это соображение становится еще более интересным, если его сопоставить с великими и смелыми представлениями, введенными в науку Дарвином, относительно средств, посредством которых осуществлялось прогрессивное совершенствование рас животных и растений. ⁵

Гельмгольц показал, что он понимает основную идею эволюционной теории, что естественный отбор создает черты, полезные для адаптации, что, хотя глаз может быть и несовершенным, он, несомненно, помогает животному выживать и процветать.

Использование Дарвином взглядов Гельмгольца

Английский перевод книги Гельмгольца стал доступен в 1873 году, когда Дарвин готовил свое второе издание « Происхождение человека». Дарвин, очевидно, знал о репутации Гельмгольца как знатока глаз, но чувствовал себя не в своей тарелке по-немецки и писал своим немецким корреспондентам на стандартном викторианском английском. ¹ Поскольку он, как правило, не читал основную немецкую научную литературу, этот английский перевод Гельмгольца представлял для него особую ценность.

Из всех телесных органов глаз имел особое очарование для Дарвина. Он уже в Origin сделал все возможное, чтобы доказать, что даже сложная конструкция глаза все еще соответствует естественному отбору. ⁶ Теперь он избрал другую тактику, используя самые несовершенства глаза для той же цели. У человеческого глаза, как и у павлиньего оперения, могут быть свои недостатки, но несовершенство органического строения на самом деле сделало еще более убедительными аргументы в пользу естественного отбора.

По словам Джулии Восс:

Дарвин открыл нечто исключительное в каждом организме, его взгляд неуклонно сосредоточивался на несовершенствах и недостатках в мире природы; он заглядывал в щели и щели того, что до тех пор считалось безупречным творением, пока не открылась дверь, за которой стояла эволюция, ожидая, когда ее впустят. Если натуралисты до него предполагали, что организмы — это машины, то Дарвин открыл измельчение и грохот в работах, лом и отходы. Его преследовал не вопрос: почему животные и растения так совершенны? Его вопрос был: почему они так ужасно несовершенны? ⁷

Дарвин знал почему, а теперь знаем и мы.

Для переписки: Рональд С. Фишман, MD, 47880 Cross Manor Rd, Saint Inigoees, MD 20684 ([email protected]).

Подано в публикацию: 12 августа 2009 г.; окончательная редакция получена 7 декабря 2009 г.; принято 8 декабря 2009 г.

Раскрытие финансовой информации: Не сообщалось.

использованная литература

Браун J Чарльз Дарвин: Сила места. Том 2. Принстон, NJ Princeton University Press, 2002;7- 13

Burkhardt ФПортер DMDean ЮАР и другие. Переписка Чарльза Дарвина. Том 15. Кембридж, Англия Издательство Кембриджского университета, 2005;338

Burkhardt ФСекорд JADean ЮАР и другие. Переписка Чарльза Дарвина. Том 17. Кембридж, Англия Издательство Кембриджского университета, 2009;

Дарвин C Происхождение человека и отбор в отношении пола. 2-е изд. Лондон, Англия John Murray1874;441

Helmholtz H Популярные лекции по научным предметам. Аткинсон E Нью-Йорк, штат Нью-Йорк D Appleton1873;218- 220- 227- 269- 390

Фишман Эволюция RS и глаз: двухсотлетие Дарвина и полуторасотлетие Происхождение видов. Арч Офтальмол 2008;126 (11) 1586- 1592PubMedGoogle ScholarCrossref

Восс Разумный замысел Дж. Дарвина. http://www.mpg.de/english/illustrationsDocumentation/multimedia/mpResearch/2008/heft01/010/index.html. Журнал Института Макса Планка . 2008. По состоянию на 18 января 2010 г.

Плохой дизайн человеческого глаза — Блог об эволюции человека

Человеческий глаз — хорошо зарекомендовавший себя пример того, как эволюция может привести к неуклюжему дизайну, даже если результатом является хорошо функционирующая анатомическая структура. товар. Человеческий глаз действительно чудо, но если бы он был разработан с нуля, трудно представить, что он выглядел бы так же, как сейчас. Внутри человеческого глаза находится долгое наследие того, как светочувствительность медленно и постепенно развивалась в линии животных.

[Обновление: эта статья теперь включена в качестве раздела в мою новую книгу «Ошибки человека, иди проверь!»]

Не так давно креационисты часто указывали на человеческий глаз в качестве примера так называемого . неприводимая сложность . Они утверждали, что глаз настолько сложен и состоит из такого множества взаимосвязанных частей, что эволюция не могла создать его путем приращения. Поскольку человеческий глаз не функционирует даже в незначительной степени, если все его части не находятся на месте и не работают, не существует мыслимого предшествующего шага, менее сложного, из которого могла бы развиться нынешняя форма глаза. Так идет жалоба.

Это странное возражение неверно понимает как принцип работы эволюции, так и принцип работы глаза. Это правда, что глаз не будет функционировать, если вы удалите какую-либо одну его часть, но эволюция не работает, добавляя отдельные полностью сформированные части к уже существующей структуре. Весь глаз развивается как единое целое.

Во всей структуре глаза произошли постепенные улучшения, по одному за раз. К счастью, у нас есть много очень хороших примеров более ранних версий глаза позвоночных, как от существующих (живых) организмов с более примитивными глазами, так и из летописи окаменелостей. На самом деле глаз теперь является одной из анатомических структур, о которой мы имеем наиболее полное представление о ее постепенной эволюции.

По этой причине креационисты в значительной степени отказались от аргумента о непреодолимой сложности глаза, обратившись к более неясным примерам, таким как бактериальный жгутик.

Прежде чем я расскажу о загадочной физической конструкции глаза, давайте начнем с того, что проясним одну вещь: человеческий глаз также чреват функциональными проблемами.

Многие люди, читающие это, делают это только с помощью современных технологий. В США и Европе 30-40% населения страдают миопией (близорукостью) и нуждаются в помощи в очках или контактных линзах. В противном случае их глаза не могут правильно фокусировать свет и не могут различать объекты, находящиеся на расстоянии более нескольких футов. Уровень близорукости увеличивается до более чем 70% в азиатских странах.

Дефект близорукого глаза не вызван травмой или чрезмерным использованием: он просто слишком длинный. Изображения резко фокусируются до того, как достигают задней части глаза, а затем снова теряют фокус, когда наконец попадают на сетчатку. Плохой дизайн, простой и понятный.

Конечно, существует и обратная проблема – дальнозоркость, которая бывает двух форм: дальнозоркость и пресбиопия. Гиперметропические глаза построены слишком коротко, и свет не может сфокусироваться, прежде чем попасть на сетчатку, что является еще одним примером плохой конструкции.

Пресбиопия, с другой стороны, представляет собой возрастную дальнозоркость, вызванную прогрессирующей потерей гибкости хрусталика и/или неспособностью ресничных мышц натягивать хрусталик и правильно фокусировать свет. Пресбиопия буквально означает «зрение пожилого человека» и начинает проявляться примерно в 40 лет. К 60 годам практически каждый человек страдает от трудностей с распознаванием близких предметов. В 37 лет я уже заметил, что с течением времени держу книги и газеты все дальше и дальше от лица. Время бифокальных очков уже близко.

Добавьте к этому: глаукому, катаракту и отслойку сетчатки (это лишь некоторые из них), и картина начинает проявляться. Для «самых высокоразвитых существ» на планете наших глаз скорее не хватает.

Подавляющее большинство людей страдает от значительной потери зрительных функций в течение жизни, и у многих это начинается еще до полового созревания. Я получил очки после моего первого осмотра глаз, когда я был во втором классе. Кто знает, как давно я нуждался в них? Мое зрение не просто немного размыто; это ужасно. Мои линзы -4,25 диоптрии, что означает, что мое зрение где-то 20/400. Если бы я родился раньше, скажем, 1600 года, я, вероятно, прожил бы жизнь, неспособный делать что-либо, что требовало бы от меня видеть дальше, чем на расстоянии вытянутой руки. В доисторические времена я был бы бесполезен как охотник. Или собиратель, если уж на то пошло.

Сравните это с превосходным зрением большинства птиц, особенно хищных птиц, таких как орлы и кондоры. Их острота зрения на больших расстояниях посрамляет даже самые лучшие человеческие глаза. Многие птицы могут видеть в более широком диапазоне длин волн, чем мы, включая ультрафиолетовый свет. На самом деле перелетные птицы обнаруживают северный и южный полюса своими глазами . Неясно, осознают ли они это восприятие, но мне кажется, что да, учитывая, что эта информация передается теми же нервами, которые передают зрение. Это означает, что некоторые птицы могут на самом деле см. магнитное поле Земли.

Многие птицы также имеют дополнительное полупрозрачное веко, которое позволяет им долго смотреть прямо на солнце, не повреждая сетчатки.

Превосходство птичьего глаза показывает, что все, что создало человеческий глаз, будь то природа или божество, способно создавать глаза, которые намного лучше, чем человеческий глаз. На вопрос, почему природа не дала людям лучшие глаза, легко отвечает эволюционная теория: они не подвергались строгому отбору. С другой стороны, почему интеллигентный дизайнер отказывает своим любимым созданиям в том прекрасном зрении, которое он наделил непритязательных птиц, остается загадкой.

О недостатках наших глаз можно сказать еще многое. Наше ночное зрение в лучшем случае так себе, а у некоторых очень плохое. Сравните это с кошками, о чьем ночном видении ходят легенды. Кошачьи глаза настолько чувствительны, что могут обнаружить 90 147 одиночных фотонов света 90 148 в абсолютно темной среде. Для справки: в маленьком ярко освещенном помещении в любой момент времени существует примерно 90 147 сто миллиардов 90 148 фотонов.

Даже при том свете, который мы можем видеть, наша острота и разрешение в тусклом свете намного хуже, чем у кошек, собак, птиц и многих других животных. Возможно, вы способны различать больше цветов, чем собаки, но ночью они видят яснее, чем вы.

Говоря о цветовом зрении, не все люди им обладают. Где-то около 6% мужчин в мире имеют ту или иную форму дальтонизма. (Это не так часто встречается у женщин, потому что испорченные гены, которые приводят к дальтонизму, почти всегда находятся на Х-хромосоме. Поскольку у них две Х-хромосомы, у женщин есть резервная копия на случай, если они унаследуют одну ошибочную копию). При населении мира около 7 миллиардов это означает, что по крайней мере четверть миллиарда человек не могут оценить ту же палитру цветов, что и остальные из нас. Это большая цветовая слепота.

Теперь о физическом устройстве глаза. Одним из самых известных примеров причудливых конструкций в природе является сетчатка позвоночных. Фоторецепторные клетки сетчатки кажутся расположенными назад, с проводкой, обращенной к свету, и фоторецептором, обращенным внутрь. Фоторецепторные клетки выглядят как микрофон: на «горячем» конце находится звуковой приемник, а другой конец заканчивается кабелем, по которому сигнал поступает на усилитель. Человеческая сетчатка, расположенная в задней части глазного яблока, устроена таким образом, что все маленькие «микрофоны» смотрят не в ту сторону. Сторона с кабелем обращена вперед!

(Я почти уверен, что это фотошоп, но суть ясна.)

Это не оптимальный дизайн по очевидным причинам. Фотоны света должны пройти вокруг основной части фоторецепторной клетки, чтобы попасть в приемник, спрятанный сзади. Как будто вы говорите не в тот конец микрофона. Он все еще может работать, если вы повысите чувствительность микрофона и будете говорить громко.

Кроме того, свет должен пройти через тонкий слой ткани и кровеносных сосудов, прежде чем достигнет фоторецепторов.

На сегодняшний день не существует рабочей гипотезы о том, почему сетчатка позвоночных имеет обратную связь. Похоже, это было случайное развитие, которое затем «застряло», потому что коррекцию такого масштаба было бы очень трудно осуществить с помощью случайных мутаций.

Интересно, что сетчатка головоногих – осьминогов и кальмаров – не инвертирована. Глаз головоногих и глаз позвоночных, хотя и поразительно похожи, развивались совершенно независимо друг от друга. Природа «изобрела» камероподобный глаз как минимум дважды, один раз у позвоночных и один раз у головоногих. (У насекомых, паукообразных и ракообразных глаза совершенно другого типа.) В ходе эволюции глаза головоногих сетчатка приобрела более логичную форму, при этом фоторецепторы были обращены наружу, к свету. Позвоночным не повезло.

Безусловно, эволюция проделала впечатляющую работу по созданию превосходного глаза, несмотря на обратный контур сетчатки. Возможно, извлекая выгоду из странного дизайна, сетчатка позвоночных способна снабжать кислородом и питательными веществами непосредственно наиболее метаболически активную часть светочувствительных клеток — сами фоторецепторы.

Однако нет никаких доказательств того, что обратная конструкция необходима или даже выгодна для доставки кислорода, особенно с учетом того, что глаз головоногих не показывает никаких признаков неадекватной доставки кислорода. В то время как кровеносные сосуды сетчатки позвоночных явно извлекли максимальную пользу из плохой ситуации, все имеющиеся данные подтверждают представление о том, что перевернутая сетчатка позвоночных уступает более логическому устройству головоногих.

На самом деле, большинство офтальмологов согласны с тем, что сетчатка, обращенная назад, является причиной отслойки сетчатки, которая чаще встречается у позвоночных, чем у головоногих.

Есть еще одна особенность человеческого глаза, о которой стоит упомянуть. Прямо в середине сетчатки находится структура, называемая диском зрительного нерва, где сходятся аксоны миллионов фоторецепторных клеток, образуя зрительный нерв. Диск расположен на поверхности сетчатки, занимая небольшое круглое пятно, в котором не могут поместиться фоторецепторные клетки.

Это создает слепое пятно в каждом глазу. Мы не замечаем этих слепых пятен, потому что наличие двух глаз компенсирует это, и наш мозг заполняет картину за нас, но они определенно есть. Вы можете найти простые демонстрации этого в Интернете, выполнив поиск «слепое пятно диска зрительного нерва».

Диск зрительного нерва является необходимой структурой, поскольку все аксоны сетчатки должны сойтись в какой-то точке. Разумным решением было бы разместить его глубже в задней части глаза, спрятав под сетчатку, а не бить по ней. Заднее расположение сетчатки делает слепое пятно неизбежным, и оно есть у всех позвоночных. Однако у головоногих этого не происходит, потому что их сетчатка с правой стороной наружу позволяет легко разместить ямку за неповрежденной сетчаткой.

Тем не менее, существует множество возможных «исправлений» для слепого пятна в сетчатке человека, хотя оно и находится в обратном направлении. Таким образом, диск зрительного нерва и сопровождающее его слепое пятно являются примером плохой конструкции у всех позвоночных, включая человека.