Μάτι
Το μάτι είναι ένα στρογγυλό όργανο για την αντίληψη του φωτός ώστε οι οργανισμοί να μπορούν να βλέπουν. Αποτελεί το πρώτο μέρος του οπτικού συστήματος. Περίπου το 97% των ζώων έχουν μάτια. Τα μάτια που αναλύουν την εικόνα υπάρχουν στα κνιδάρια, τα μαλάκια, τα σπονδυλωτά, τα ανελιδώδη και τα αρθρόποδα.
Στα θηλαστικά, δύο είδη κυττάρων, τα ραβδία και τα κωνία, επιτρέπουν την όραση στέλνοντας σήματα μέσω του οπτικού νεύρου στον εγκέφαλο.
Ορισμένα ζώα μπορούν να δουν φως που ο άνθρωπος δεν μπορεί να δει. Μπορούν να δουν υπεριώδες ή υπέρυθρο φως.
Ο φακός στο μπροστινό μέρος του ματιού λειτουργεί σαν φακός φωτογραφικής μηχανής. Μπορεί να τραβηχτεί πιο επίπεδος από τους μύες στο εσωτερικό του ματιού ή να επιτραπεί να γίνει πιο στρογγυλός. Καθώς μερικοί άνθρωποι μεγαλώνουν, μπορεί να μην είναι τόσο ικανοί να το κάνουν αυτό τέλεια. Πολλοί άνθρωποι γεννιούνται με άλλα μικρά προβλήματα ή τα αποκτούν αργότερα στη ζωή τους και μπορεί να χρειάζονται γυαλιά οράσεως (ή φακούς επαφής) για να διορθώσουν το πρόβλημα.
Ανθρώπινο μάτι διακοσμημένο με καλλυντικά
Φως από ένα μόνο σημείο ενός μακρινού αντικειμένου και φως από ένα μόνο σημείο ενός κοντινού αντικειμένου που οδηγείται σε εστίαση
Το μάτι ενός γερακιού
Τύποι ματιών
Σήμερα είναι γνωστοί δέκα διαφορετικοί τύποι ματιών. Οι περισσότεροι τρόποι λήψης μιας εικόνας έχουν εξελιχθεί τουλάχιστον μία φορά.
Ένας τρόπος για να κατηγοριοποιήσετε τα μάτια είναι να εξετάσετε τον αριθμό των "θαλάμων". Τα απλά μάτια αποτελούνται από έναν μόνο κοίλο θάλαμο, ίσως με έναν φακό. Τα σύνθετα μάτια έχουν πολλούς τέτοιους θαλάμους με τους φακούς τους σε μια κυρτή επιφάνεια.
Τα μάτια μπορούν επίσης να ομαδοποιηθούν ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής του φωτοϋποδοχέα. Οι φωτοϋποδοχείς είναι είτε κυλινδρικοί, είτε ραβδωτοί. και ορισμένα δακτυλιοειδή διαθέτουν και τα δύο.
Απλά μάτια
Μάτια λάκκου
Τα μάτια του λάκκου βρίσκονται σε μια κοιλότητα στο δέρμα. Αυτό μειώνει τις γωνίες υπό τις οποίες μπορεί να εισέλθει το φως. Επιτρέπει στον οργανισμό να πει από πού προέρχεται το φως.
Τέτοια μάτια μπορούν να βρεθούν στο 85% περίπου των φυλών. Πιθανώς προηγήθηκαν της ανάπτυξης πιο πολύπλοκων ματιών. Τα μάτια του λάκκου είναι μικρά. Αποτελούνται από περίπου εκατό κύτταρα, που καλύπτουν περίπου 100 μm. Η κατευθυντικότητα μπορεί να βελτιωθεί με τη μείωση του μεγέθους του ανοίγματος και με την τοποθέτηση ενός ανακλαστικού στρώματος πίσω από τα κύτταρα-υποδοχείς.
Μάτι τρύπας
Το pinhole eye είναι μια προηγμένη μορφή του pit eye. Διαθέτει διάφορα χαρακτηριστικά, κυρίως ένα μικρό άνοιγμα και ένα βαθύ λάκκο. Μερικές φορές, το άνοιγμα μπορεί να αλλάξει. Βρίσκεται μόνο στον Ναυτίλο. Χωρίς φακό για την εστίαση της εικόνας, παράγει μια θολή εικόνα. Κατά συνέπεια, οι Ναυτίλοι δεν μπορούν να διακρίνουν αντικείμενα με απόσταση μικρότερη από 11°. Η συρρίκνωση του διαφράγματος θα παρήγαγε μια πιο ευκρινή εικόνα, αλλά θα άφηνε να περάσει λιγότερο φως.
Μάτι με σφαιρικό φακό
Η ανάλυση των ματιών των λάκκων μπορεί να βελτιωθεί πολύ με την προσθήκη ενός υλικού για την κατασκευή ενός φακού. Αυτό θα μειώσει την ακτίνα του θολώματος και θα αυξήσει την ανάλυση που μπορεί να επιτευχθεί. Η πιο βασική μορφή μπορεί ακόμη να παρατηρηθεί σε ορισμένα γαστερόποδα και δακτυλιοειδή. Τα μάτια αυτά έχουν φακό με ένα δείκτη διάθλασης. Είναι δυνατόν να επιτευχθεί καλύτερη εικόνα με υλικά που έχουν υψηλό δείκτη διάθλασης ο οποίος μειώνεται προς τις άκρες. Αυτό μειώνει την εστιακή απόσταση και επιτρέπει τη δημιουργία ευκρινούς εικόνας στον αμφιβληστροειδή.
Αυτό το μάτι δημιουργεί μια εικόνα που είναι αρκετά ευκρινής ώστε η κίνηση του ματιού να μπορεί να προκαλέσει σημαντικό θόλωμα. Για να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση της κίνησης του ματιού κατά την κίνηση του ζώου, τα περισσότερα τέτοια μάτια διαθέτουν σταθεροποιητικούς οφθαλμικούς μύες.
Οι οφθαλμοί των εντόμων έχουν έναν απλό φακό, αλλά το εστιακό τους σημείο βρίσκεται πάντα πίσω από τον αμφιβληστροειδή.Δεν μπορούν ποτέ να σχηματίσουν ευκρινή εικόνα. Αυτό περιορίζει τη λειτουργία του ματιού. Τα οκέλια (μάτια τύπου λάκκου των αρθροπόδων) θολώνουν την εικόνα σε ολόκληρο τον αμφιβληστροειδή. Ανταποκρίνονται πολύ καλά στις γρήγορες αλλαγές της έντασης του φωτός σε ολόκληρο το οπτικό πεδίο - αυτή η γρήγορη απόκριση επιταχύνεται ακόμη περισσότερο από τις μεγάλες νευρικές δέσμες που στέλνουν τις πληροφορίες στον εγκέφαλο. Η εστίαση της εικόνας θα προκαλούσε επίσης την εστίαση της εικόνας του ήλιου σε λίγους υποδοχείς. Αυτοί θα μπορούσαν ενδεχομένως να υποστούν βλάβη από το έντονο φως- η θωράκιση των υποδοχέων θα απέκλειε μέρος του φωτός και θα μείωνε την ευαισθησία τους.
Αυτή η ταχεία απόκριση έχει οδηγήσει σε προτάσεις ότι τα οκέλια των εντόμων χρησιμοποιούνται κυρίως κατά την πτήση, επειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση ξαφνικών αλλαγών στην κατεύθυνση προς τα πάνω (επειδή το φως, ιδίως το υπεριώδες φως που απορροφάται από τη βλάστηση, έρχεται συνήθως από πάνω).
Διαθλαστικός κερατοειδής
Τα μάτια των περισσότερων χερσαίων σπονδυλωτών (καθώς και ορισμένων αραχνών και προνυμφών εντόμων) περιέχουν ένα υγρό που έχει υψηλότερο δείκτη διάθλασης από τον αέρα. Ο κερατοειδής είναι έντονα καμπυλωτός και διαθλά το φως προς την εστίαση. Ο φακός δεν χρειάζεται να κάνει όλη τη διάθλαση. Αυτό επιτρέπει στον φακό να ρυθμίζει την εστίαση πιο εύκολα, για πολύ υψηλότερη ανάλυση.
Αντανακλαστικά μάτια
Αντί για τη χρήση φακού, είναι επίσης δυνατό να έχουμε κύτταρα στο εσωτερικό του ματιού που λειτουργούν σαν καθρέφτες. Η εικόνα μπορεί στη συνέχεια να αντανακλάται και να εστιάζεται σε ένα κεντρικό σημείο. Αυτός ο σχεδιασμός σημαίνει επίσης ότι κάποιος που κοιτάζει σε ένα τέτοιο μάτι θα βλέπει την ίδια εικόνα με τον οργανισμό που τα έχει.
Πολλοί μικροί οργανισμοί, όπως τα ρόδινα, τα κοπεόποδα και τα πλατυέλμινθες, χρησιμοποιούν αυτό το σχέδιο, αλλά τα μάτια τους είναι πολύ μικρά για να παράγουν αξιοποιήσιμες εικόνες. Ορισμένοι μεγαλύτεροι οργανισμοί, όπως τα χτένια, χρησιμοποιούν επίσης ανακλαστικά μάτια. Το χτένι Pecten έχει έως και 100 ανακλαστικά μάτια κλίμακας χιλιοστού που πλαισιώνουν την άκρη του κελύφους του. Ανιχνεύει κινούμενα αντικείμενα καθώς περνούν από διαδοχικούς φακούς.
Σύνθετα μάτια
Τα σύνθετα μάτια διαφέρουν από τα απλά μάτια. Αντί να έχουν ένα όργανο που μπορεί να αντιληφθεί το φως, συνδυάζουν πολλά τέτοια όργανα. Ορισμένα σύνθετα μάτια έχουν χιλιάδες από αυτά. Η εικόνα που προκύπτει συντίθεται στον εγκέφαλο, με βάση τα σήματα των πολλών μονάδων του ματιού. Κάθε τέτοια μονάδα ονομάζεται ομματίδιο, ενώ πολλές ονομάζονται ομματίδια. Τα ομματίδια βρίσκονται σε μια κυρτή επιφάνεια, καθένα από αυτά δείχνει προς μια ελαφρώς διαφορετική κατεύθυνση. Σε αντίθεση με τα απλά μάτια, τα σύνθετα μάτια έχουν πολύ μεγάλη οπτική γωνία. Μπορούν να ανιχνεύουν γρήγορη κίνηση και μερικές φορές την πόλωση του φωτός.
Τα σύνθετα μάτια είναι κοινά στα αρθρόποδα, τα δακτυλιοειδή και ορισμένα δίθυρα μαλάκια.
Ο Ναυτίλος έχει ένα μάτι με τρύπα στην καρφίτσα
Τα αρθρόποδα όπως αυτή η μέλισσα ξυλουργού έχουν σύνθετα μάτια
Εξέλιξη του ματιού
Η εξέλιξη των ματιών ξεκίνησε με τα απλούστερα φωτοευαίσθητα μπαλώματα σε μονοκύτταρους οργανισμούς. Αυτά τα σημεία των ματιών δεν κάνουν τίποτε άλλο από το να ανιχνεύουν αν το περιβάλλον είναι φωτεινό ή σκοτεινό. Τα περισσότερα ζώα έχουν ένα βιοχημικό "ρολόι" στο εσωτερικό τους. Αυτά τα απλά σημεία των ματιών χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση αυτού του ημερήσιου ρολογιού, το οποίο ονομάζεται κιρκάδιος ρυθμός. Ορισμένα σαλιγκάρια, για παράδειγμα, δεν βλέπουν καθόλου εικόνα (εικόνα), αλλά αντιλαμβάνονται το φως, γεγονός που τα βοηθά να μένουν μακριά από το έντονο φως του ήλιου.
Τα πιο σύνθετα μάτια δεν έχουν χάσει αυτή τη λειτουργία. Ένας ειδικός τύπος κυττάρων στο μάτι αντιλαμβάνεται το φως για διαφορετικό σκοπό από την όραση. Τα κύτταρα αυτά ονομάζονται γαγγλιακά κύτταρα. Βρίσκονται στον αμφιβληστροειδή χιτώνα. Στέλνουν τις πληροφορίες τους σχετικά με το φως στον εγκέφαλο κατά μήκος μιας διαφορετικής διαδρομής (η αμφιβληστροειδοϋποθαλαμική οδός). Αυτές οι πληροφορίες προσαρμόζουν (συγχρονίζουν) τον κιρκάδιο ρυθμό του ζώου στον 24ωρο κύκλο φωτός/σκοταδιού της φύσης. Το σύστημα λειτουργεί επίσης για ορισμένους τυφλούς ανθρώπους που δεν μπορούν να δουν καθόλου το φως.
Τα μάτια που είναι λίγο καλύτερα έχουν σχήμα φλιτζανιού, το οποίο επιτρέπει στο ζώο να γνωρίζει από πού προέρχεται το φως.
Τα πιο σύνθετα μάτια δίνουν την πλήρη αίσθηση της όρασης, συμπεριλαμβανομένου του χρώματος, της κίνησης και της υφής. Αυτά τα μάτια έχουν στρογγυλό σχήμα που κάνει τις ακτίνες φωτός να εστιάζουν στο πίσω μέρος του ματιού, που ονομάζεται αμφιβληστροειδής.
Άλλα
Τα καλά ιπτάμενα έντομα, όπως οι μύγες ή οι μέλισσες, ή τα έντομα που συλλαμβάνουν θηράματα, όπως οι αλογόμυγες ή οι λιβελούλες, έχουν εξειδικευμένες ζώνες ομματιδίων, οργανωμένες σε μια περιοχή fovea, η οποία δίνει ευκρινή όραση. Σε αυτή τη ζώνη τα μάτια είναι πεπλατυσμένα και οι όψεις είναι μεγαλύτερες. Η επιπέδωση επιτρέπει σε περισσότερα ομματίδια να δέχονται φως από ένα σημείο. Αυτό δίνει υψηλότερη ανάλυση.
Το σώμα του Ophiocoma wendtii, ενός τύπου εύθραυστου αστεριού, καλύπτεται από ωματίδια, μετατρέποντας ολόκληρο το δέρμα του σε ένα σύνθετο μάτι. Το ίδιο ισχύει και για πολλούς χιτώνες.
Το σύνθετο μάτι μιας λιβελούλας
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι το μάτι;
A: Το μάτι είναι ένα στρογγυλό όργανο για την αντίληψη του φωτός ώστε οι οργανισμοί να μπορούν να βλέπουν. Είναι το πρώτο μέρος του οπτικού συστήματος.
Ερ: Πόσα ζώα έχουν μάτια;
A: Περίπου το 97% των ζώων έχουν μάτια.
Ερ: Τι είδους κύτταρα επιτρέπουν την όραση στα θηλαστικά;
Α: Στα θηλαστικά, δύο είδη κυττάρων, τα ραβδία και τα κωνία, επιτρέπουν την όραση στέλνοντας σήματα μέσω του οπτικού νεύρου στον εγκέφαλο.
Ερ: Υπάρχουν ζώα που μπορούν να δουν φως, ενώ οι άνθρωποι όχι;
Α: Ναι, ορισμένα ζώα μπορούν να δουν υπεριώδες ή υπέρυθρο φως.
Ερ: Πώς λειτουργεί ο φακός στο μπροστινό μέρος του ματιού;
Α: Ο φακός στο μπροστινό μέρος του ματιού λειτουργεί σαν φακός φωτογραφικής μηχανής. Μπορεί να τραβηχτεί πιο επίπεδος από τους μύες στο εσωτερικό του ματιού ή να επιτραπεί να γίνει πιο στρογγυλός.
Ερ: Χρειάζονται οι άνθρωποι γυαλιά ή φακούς επαφής για να διορθώσουν τα προβλήματα όρασης;
Α: Ναι, ορισμένοι άνθρωποι μπορεί να χρειάζονται γυαλιά οράσεως (ή φακούς επαφής) για να διορθώσουν προβλήματα όρασης, εάν έχουν γεννηθεί με άλλα μικρά προβλήματα ή τα αποκτήσουν αργότερα στη ζωή τους.
Ερ: Πώς τα διαφορετικά μάτια έχουν διαφορετικές ικανότητες;
Α: Τα διαφορετικά μάτια μπορεί να έχουν υψηλότερη ή χαμηλότερη ανάλυση, καλύτερη απόδοση σε χαμηλό φωτισμό (τα νυκτόβια ζώα μπορούν να δουν καλύτερα τη νύχτα από ό,τι τα ζώα της ημέρας) και διαφορετική ικανότητα διάκρισης χρωμάτων σε σύγκριση με τα άλλα μάτια.
