Революция в зрении. Что, как и почему мы видим на самом деле
Шрифт:
Еще один способ сравнить преимущества двух этих типов посадки глаз: сопоставить тот объем окружающего пространства, в пределах которого животное способно распознавать объекты. Представим, что перед нами два слоя помех. Напоминаю, что если два глаза позволяют хорошо видеть сквозь один загораживающий слой, то все, что мы видим за этим слоем, мы обычно видим только одним глазом (рис. 15). Следовательно, сквозь второй слой помех два глаза видят примерно так же, как единственный глаз видел бы сквозь один слой. И если мы будем исходить из предположения, будто помехи значительны (например, заросли густы) до такой степени, что одним глазом мало что можно увидеть, то проникнуть за пределы второго слоя бинокулярное зрение будет фактически неспособно. И если второй слой расположен в непосредственной близости от первого, то глаза, направленные вперед, принесут своему обладателю незначительное преимущество, поскольку обеспечиваемая ими способность видеть сквозь слой помех будет ограничиваться узкой областью между первым и вторым слоями. Когда же, напротив, второй слой отсутствует или расположен достаточно далеко, глаза, направленные вперед, приносят
На рис. 17 изображен промежуточный вариант среды: лес с крайне упорядоченной организацией листьев. Спору нет, этот “лес" не похож на настоящий, но тем не менее он поможет мне продемонстрировать очевидное преимущество, которое направленные вперед глаза обыкновенно приносят в блокирующей среде обитания. Серым цветом выделена область зрительного распознавания — те участки, где животное будет способно заметить объект, если таковой там вдруг появится. Животному с рис. 17а, чьи глаза направлены почти в разные стороны, видеть сквозь листву позволяет узкая бинокулярная область спереди, которая сквозь заросли как бы “высвечивает” предметы. Если глаза животного смотрели бы в абсолютно противоположных направлениях — то есть если бы бинокулярная область полностью отсутствовала, — то вся серая краска осталась бы внутри первого шестиугольника того, в котором находится животное. А глаза животного на рис. 17б направлены вперед, и поэтому оно обладает широкой бинокулярной областью. Это позволяет ему распознавать предметы, попадающие в любую точку не только передней половины шестиугольника, в котором оно находится, но и трех впереди лежащих шестиугольников. В сумме оно способно контролировать взглядом 3,5 шестиугольника, а животное с боковым расположением глаз — всего один.
Однако на самом деле эти расчеты даже недооценивают все преимущества, которые дают животным глаза, направленные вперед. Дело в том, что шестиугольный мирок рис. 17 плоский, а реальность трехмерна, и это особенно важно учитывать в лесу, где многие достойные внимания объекты могут появляться как сверху, так и снизу. В таком случае правильнее будет представлять наш лес не в виде аккуратных шестиугольных плиток, а как нагромождение шаров, причем поверхность каждого шара состоит из преграждающих зрение листьев. А поскольку вокруг одного шара можно уместить двенадцать других, в данной модели те животные, глаза которых направлены вперед, смогут зрительно контролировать пространство в пределах находящихся перед ними шести шаров, а также переднюю половину своего собственного шара, в то время как животные с боковым расположением глаз будут способны распознавать объекты внутри только одного шара — того, в котором они сами находятся. Таким образом, зрительно распознаваемый мир животных, обладающих направленными вперед глазами, окажется в шесть с половиной раз больше.
Рис. 17.
а) Слева изображен череп животного, глаза которого смотрят практически в противоположных направлениях. Два перекрывающихся полукруга показывают поле зрения каждого глаза и узкую бинокулярную область спереди. Справа обозначен участок, на котором данное животное способно распознать объекты, появись они там. Здесь я исхожу из допущения, что густота листвы позволяет бинокулярной области проникать сквозь один ее слой, но одному глазу видно слишком мало для того, чтобы распознавать предметы. Бинокулярная область этого животного служит своего рода просвечивающим заросли “прожектором”, б) Слева изображен череп животного, чьи глаза направлены почти прямо вперед. Перекрывающимися полукружиями показано зрительное поле каждого глаза. Справа обозначена область, где животное способно распознать объекты. Поскольку бинокулярная область велика, общий размер участка, который животное может контролировать взглядом, намного больше, чем у животного с боковым расположением глаз. Иначе говоря, на этом рисунке площадь, закрашенная серым, гораздо больше, и это наглядно демонстрирует, что в среде обитания с большим количеством помех “рентгеновское” зрение дает нам больше преимуществ, чем давала бы способность видеть позади себя.
Пользу от двух глаз, направленных вперед, можно уяснить себе, представив разжигание огня при помощи увеличительного стекла в облачный день. После того, как вы нашли хороший материал для растопки, у вас есть выбор. Можно взять два увеличительных стекла и навести их на разные участки сухого сена, но, скорее всего, единственным результатом окажутся две едва нагретые травинки. Это именно то, что дадут в зарослях глаза, посаженные по бокам головы: поверхностный взгляд на мир. Или же вы можете нацелить обе линзы и одну точку, чтобы поднять температуру до порогового уровня, после которого начинается горение. Смотреть в зарослях направленными вперед глазами — это как сфокусировать два увеличительных стекла в одной точке: вы можете сконцентрировать энергию своего зрения и “прожечь” обзор сквозь помехи.
Листья, помехи, “рентгеновское” зрение, увеличительные стекла... Неплохо, скажете вы, но к чему все это, если всем известно, что направленные вперед глаза свойственны хищникам: так они получают улучшенную стереоскопическую картину того, что находится впереди, чтобы им проще было вас
Мысль о том, что глаза, направленные вперед, возникли как приспособление для хищников, имеет давние истоки (она, однако, не старше 1942 года, когда ее выдвинул профессор Гордон Линн Уоллс), а в массовый обиход она вошла в 70-х годах с легкой руки антрополога Мэтта Картмилла, ныне профессора Университета им. Дюка. У авторов, пытающихся объяснить разнообразие зрительных систем млекопитающих при помощи этой теории, встречается по меньшей мере две вариации на данную тему. И та, и другая проистекают из гипотезы, что направленные вперед глаза нужнее всего ночным охотникам. В первом варианте теории утверждается, что расположенные спереди глаза нужны не для стереоскопического зрения как такового, а главным образом для того, чтобы различать в темноте камуфлирующую окраску — примерно так же, как когда вы вглядываетесь в картинку из серии “Волшебный глаз” и оттуда вдруг выскакивает невидимый до тех пор объект. Во втором варианте (впервые сформулированном, по всей видимости, в конце 70-х годов Джоном Д. Петтигрю из Квиндслендского университета и Джоном Олменом из Калифорнийского технологического института) предполагается, что направленность глаз вперед позволяет уменьшить размытость изображения, возникающую при прохождении встречного света через хрусталик, и сделать ночное зрение острее.
Самую большую трудность “хищнической” теории мы уже обсуждали: пускай это честная гипотеза и выдвигать ее вполне законно, но она не объясняет, почему глаза, направленные вперед, оказались свойством более ценным, нежели способность видеть позади себя. Есть и другие сложности, на которые профессор Роберт У. Сассман, антрополог из Университета им. Вашингтона в Сент-Луисе, обратил внимание в начале 90-х годов XX века. Во-первых, существует немало хищных животных, глаза которых довольно сильно разведены в стороны: многие мелкие млекопитающие, например мангусты или тупайи, не говоря уже о змеях, птицах и практически всех рыбах. Во-вторых, существует немало растительноядных видов с глазами, направленными, однако же, вперед. Например, обычно приматы промышляют хищничеством от случая к случаю, а многие из них не хищничают вообще, тем не менее глаза у них находятся спереди, а не по бокам. Крыланов неспроста называют по-английски фруктовыми летучими мышами, ибо питаются они фруктами, но и у них глаза сильно смещены вперед. Сторонникам "хищнической” гипотезы пришлось латать эти дыры (например, выдвинуть предположение, что направленные вперед глаза достались приматам от хищного предка), но даже с этими “заплатами" их теория не вполне соответствует фактам. В конце данного раздела мы рассмотрим еще одно затруднение, с которым ей приходится сталкиваться: она не объясняет, почему в некоторых систематических группах глаза, направленные вперед, чаще встречаются у крупных, но не мелких видов животных, независимо от того, хищные они или нет. Чтобы преодолеть эту трудность, сторонникам “хищнической” гипотезы пришлось изобрести другие гипотезы (нередко ссылающиеся на некие ограничения, якобы накладываемые ростом черепа на расположение глаз), что сделало их теорию еще менее экономной. Профессор Сассман полагает, что (по крайней мере в случае приматов и крыланов) эволюция направленных вперед глаз шла рука об руку с эволюцией цветковых растений. Это не противоречит моей идее глазного “рентгена”.
А есть ли у этой идеи еще какие-либо подтверждения? И вообще, что именно моя "рентгеновская" теория предсказывает? Если вкратце, то она предсказывает, что глаза, направленные вперед, должны встречаться у крупных и “листолюбивых” животных. Почему? Именно эти животные способны получать от “рентгеновского” зрения реальную пользу, в чем мы могли убедиться из рис. 16 (нижнее правое изображение). А еще потому, что, как я объяснил в конце предыдущего раздела, если у животного хорошо функционирует глазной “рентген”, значит, оно готово использовать его вопреки всему — даже вопреки потере способности видеть позади себя, — а это означает, что он должен помогать животному распознавать объекты (взгляните, например, еще раз на рис. 17). Верно ли это предсказание?
Ну, кто-то, вероятно, сразу отметит, что мы — животные крупные и, с эволюционной точки зрения, “листолюбивые” (в том смысле, что нас, приматов, естественный отбор готовил по большей части к жизни в лесу). При этом наши глаза направлены вперед, что соответствует предсказанию. Пока все сходится. Но все ли животные руководствуются теми же принципами? Иначе говоря, являются ли животные, чьи глаза направлены вперед, как правило, крупными и “листолюбивыми”?
До сих пор я излагал все так, будто глаза у животных могут быть направлены непременно либо в стороны, либо вперед. На самом же деле в природе можно найти любой промежуточный вариант. Для описания того, насколько сильно глаза животного смещены вперед, ученые используют термин конвергенция. Если угол конвергенции равен 0°, это означает, что глаза направлены абсолютно в разные стороны, а если 90°, оба глаза направлены точно вперед. На рис. 18, сделанном по материалам диссертационной работы доктора Кристофера Хизи — антрополога, ныне сотрудника кафедры анатомии в Университете Среднего Запада, — приведены данные о зависимости конвергенции от размеров тела для выборки из 319 видов млекопитающих. Рисунок хорош тем, что наглядно показывает, насколько широк разброс встречающихся в животном мире значений конвергенции: от 0° до 90° — от глаз, глядящих в противоположных направлениях, до таких, которые посажены абсолютно прямо. Вот это нам и нужно объяснить. Найти ключ к пониманию того, почему некоторые животные расположились на самом верху диаграммы, некоторые внизу... а некоторые — посередине. Поможет ли моя теория “рентгеновского” зрения как-нибудь разобраться с этим?