Почему некоторые животные видят в темноте, а люди — нет

Сумеречное зрение у людей очень даже неплохое, но некоторые животные видят там, где для человека — тьма-тьмущая. 

Как связь между зрением и фотоаппаратом

Для начала вспомним устройство цифрового фотоаппарата — это почти точный технический аналог глаза позвоночных. Прозрачная роговица и хрусталик у нас работают как стеклянные линзы объектива. Радужная оболочка — это аналог ирисовой диафрагмы, которая регулирует поток света. А сетчатка, или ретина — та самая матрица, составленная из миллионов светочувствительных «пикселей».

Фотографы знают, что одна из главных характеристик объектива — светосила. Это коэффициент, который связывает энергию света, исходящего от предмета, и энергию, попадающую на матрицу. Чем выше светосила, тем меньше света нужно для качественного снимка — можно не тянуть выдержку на секунды. Светосила напрямую зависит от того, насколько широко открыта диафрагма.

Точно так же устроен и глаз. Достаточно посмотреть на кошку в полутемной комнате: ее зрачки превращаются в огромные черные блюдца. Это и есть максимальное «раскрытие диафрагмы», чтобы собрать каждый фотон.

Есть и второй параметр, влияющий на светосилу, — фокусное расстояние объектива. Чем оно меньше, тем выше светосила.

«В природе этим пользуются многие сумеречные животные, но дальше всех пошли некоторые глубоководные рыбы. Их глаза, снабженные очень выпуклой роговицей и крупным, столь же выпуклым хрусталиком, могут улавливать даже самые слабые лучи света, но при этом такие рыбы близоруки», — поясняет Николай Паньков, профессор кафедры зоологии беспозвоночных и водной экологии Пермского университета.

Для сравнения: глаза сов тоже «телескопические» и неподвижные, зато их сетчатка усеяна палочками с плотностью до миллиона на квадратный миллиметр — в пять раз больше, чем у человека.

Как устроено зрение сумеречных животных

Теперь перейдем от объектива к самой матрице — сетчатке. Чтобы провести фотосессию при слабом освещении, нужен фотоаппарат с особо чувствительной матрицей. У сумеречных и ночных животных глаза работают иначе, чем у дневных, включая человека.

У нас, дневных созданий, прямо напротив зрачка находится желтое пятно — скопление особых клеток, отвечающих за цветовое зрение. Это колбочки. У человека их три типа: одни реагируют на красные лучи, вторые — на желто-зеленые, третьи — на синие. Из этой мозаики мозг собирает картинку с миллионами полутонов. Примерно так же устроена и матрица фотоаппарата — с красными, зелеными и синими пикселями.

А у сумеречных зверушек желтого пятна либо нет, либо оно слабо выражено. Напротив зрачка у них — скопление клеток другого типа, палочек. В отличие от колбочек, палочка реагирует на любой квант света, независимо от длины волны. Она не различает цветов, зато улавливает почти любой фотон.

«Колбочка воспринимает кванты только одного, своего отрезка спектра — одного из трех. А палочка — сразу все три. Теоретически одна палочка в три раза чувствительнее одной колбочки!», — добавляет Николай Паньков.

Что усиливает ночное зрение

Помимо этого, природа изобрела лайфхаки, которые позволяют многократно усилить светочувствительность органов зрения сумеречных животных. 

Во-первых, концентрация зрительного пигмента родопсина у них во много раз больше, чем у дневных собратьев. Стало быть, вероятность захвата фотонов, попадающих на сетчатку глаза, тоже больше.

Во-вторых, у сумеречных животных палочки работают не как единичные пиксели, а объединяются в мощные батареи. Если квант света заставит среагировать одну палочку, она спровоцирует реакцию соседок, которые тоже пошлют импульс в зрительный центр хозяина. Все потому, что сигнал, посланный одной клеткой, слишком слаб, чтобы привлечь внимание своего обладателя. А вот дружный залп не проигнорируешь.

Для справки: в сетчатке человека около 120 млн палочек и 6–7 млн колбочек. У ночной крысы — более 200 млн палочек при почти полном отсутствии колбочек. Но плата за это — цветовая слепота и низкая четкость днем.

Наконец, в-третьих. Всем известно, как горят в ночи глаза кошек и других сумеречных зверей. Это связано с тем, что позади сетчатки у них находится тапетум — своего рода зеркальце, составленное кристаллами гуанина. Вот зачем он нужен.

«Большинство световых лучей проходит через сетчатку, не задерживаясь и не вызывая реакции светочувствительных клеток. Без тапетума они поглотились бы глубже лежащими тканями и их энергия рассеялась в виде тепла. Тапетум же эти лучи отражает, и они пронизывают сетчатку в обратном направлении, получая еще один шанс вызвать реакцию светочувствительной клетки. Те световые лучи, которым опять не повезло, и заставляют глаза животных гореть, вызывая у нас невольный трепет», — уточняет Николай Паньков.

У человека тапетума нет — поэтому в темноте наши глаза не отражают свет. Такое бывает разве что на плохих фото со вспышкой, но это эффект «красных глаз» — отражение от кровеносных сосудов сетчатки, и он очень слабый.

Что теряют ночные животные

Эти эволюционные ухищрения даются не бесплатно. Ночное зрение — это всегда компромисс.

Во-первых, отсутствие полноценного цветового зрения. Например, собаки видят всего четыре цвета: синий, желтый, черный, белый. 

Во-вторых, низкая острота зрения при ярком свете. Днем палочки перевозбуждены и «слепнут», а колбочек мало. Поэтому кошка днем видит нас как размытое пятно — ей приходится щуриться и полагаться на усы.

В-третьих, тапетум создает эффект «засветки» — отраженные лучи немного смазывают картинку. Это как если бы вы смотрели через два сложенных зеркала: ярко, но нерезко.

Человек же лишен всего этого, зато мы прекрасно различаем цвета в ярком свете и видим детали на расстоянии. В сумерках мы переключаемся на «аварийный режим» — только палочки, без тапетума и без командной работы. Именно поэтому в сумерках мы плохо различаем цвета и детали, а любой предмет кажется серым и размытым.

Следовательно, нет плохого или хорошего зрения — есть разные стратегии выживания. Человеку эволюция подарила цветовую суперматрицу в ущерб ночной чувствительности. А кошка или сова пошли по пути ночной охоты — они расплатились цветом и резкостью, но получили возможность видеть там, где для нас — абсолютный ноль.

Материал впервые опубликован в 2019 г., обновлен в 2023 и 2026.