i kolory OCZY Pierwsza część wykładu zawiera krótkie przedstawienie różnych sposobów, których użyła natura wyposażając istoty żywe w możliwość widzenia. KOLORY Druga część wykładu omawia kolory (strukturalne) zwierząt, które wyewoluowały w odpowiedzi na istnienie oczu. Zbigniew Jaroszewicz Instytut Optyki Stosowanej Ul. Kamionkowska 18 03-805 Warszawa e-mail: mtzjaroszewicz@post.pl 1
2
Chyba nie ma takiego sposobu wytwarzania obrazu wymyślonego przez człowieka, który najpierw nie został zastosowany przez Ślepego Zegarmistrza. Rodzaje oczu http://www.astc.org/exhibitions/eyes/texteyes.htm Dzielimy je na: fotoreceptory (nie formujące obrazu) i na oczy prawdziwe (formujące obraz). Te ostatnie występują we wszystkich możliwych odmianach: A. Camera obscura B. Zwierciadło wklęsłe C. Oczy złożone rozmaitych rodzajów (refrakcyjne, odbiciowe i wiele innych) D. Soczewka 3
4
Camera obscura Taki rodzaj oka posiada np. łodzik (nautilus, http://wiem/onet.pl/wiem/00c9f0.html). Jest to prymitywny głowonóg żyjący od epoki sylurskiej do dziś prawie bez zmian. Ma on muszlę zewnętrzną, płaską, spiralnie zwiniętą iskłada się ona z wielu komór dobudowywanych z biegiem lat. W ostatniej i największej zarazem, mieści się ciało łodzika. Camera obscura jest najprostszym układem optycznym do formowania obrazu i nie wymaga żadnej soczewki. Wadą jest ograniczona rozdzielczość i niska światłoczułość. 5
Wklęsłe zwierciadło Taki rodzaj oczu (wielu) posiadają niektóre małże, np. przegrzebek (Pecten maximus, http://wiem/onet.pl/wiem/ 008f1d.html). Obraz formowany jest przez zwierciadło wklęsłe a układ optyczny przypomina teleskop Newtona. Zaletą jest mała ilość miejsca potrzebna do stworzenia obrazu. 6
Oczy złożone owadów Taki rodzaj oczu posiada wiele owadów. Mogą one widzieć kolory dla nas niedostępne, np. pszczoły widzą w ultrafiolecie, a niektóre motyle również w podczerwieni. Niektóre szybko latające owady przetwarzają 300 obrazów na sekundę. 7
Jak określić wielkość ommatidium? θ = δ r θ = λ δ g d d ( θ + θ ) g dδ Policzone δ =35 µm (dla r=3 mm i λ=400 nm), zmierzone δ=30 µm (Feynmanna wykłady z fizyki, Tom I, cz. 2, 36-4) d = 0 δ = λr 8
Oczy złożone owadów A tak przypuszczalnie wygląda obraz widziany owadzim okiem złożonym. 9
Oczy złożone motyli Niektóre mają cztery różne rodzaje pigmentów w oczach, co pozwala na szerszy zakres spektralny widzenia, włącznie z ultrafioletem i bliską podczerwienią. Widzą bardziej kolory, niż kształty, chociaż niektóre potrafią rozróżnić detale wielkości 0.03 mm (człowiek do ok. 0.1 mm). Są krótkowidzami. 10
Ćmy Niektóre ćmy mają powłoki antyodbiciowe na oczach, które pochłaniają światło dzięki jego interferencji. Są one doskonalsze niż filtry interferecyjne używane przez człowieka np. na powierzchniach obiektywów fotograficznych. 11
Widzenie światła spolaryzowanego Pszczoły i mrówki potrafią określić strony świata w pochmurny dzień dzięki możliwości detekcji światła spolaryzowanego. Mogą one określać kierunek wektora pola elektrycznego przychodzącego światła dzięki specjalnym fotodetektorom, których czułość jest zależna właśnie od polaryzacji padającego nań światła. Niektóre pająki jedną ze swoich trzech par oczu wtórnych mają również wyspecjalizowaną w celu detekcji światła spolaryzowanego. 12
Oczy soczewkowe dlaczego dwa? Zwierzęta roślinożerne zazwyczaj mają oczy po obu stronach głowy, natomiast drapieżniki nie. Dlaczego? Widzenie dwuoczne, dzięki temu, że obserwowany obiekt jest widziany z dwóch różnych kierunków, pozwala na ocenę odległości. Stąd jego znaczenie dla drapieżników i dla naczelnych. Żaden problem związany z widzeniem nie był tak rozstrząsany jak przyczyna, dla której obiekty widziane przez dwoje oczu jawią się jako pojedyncze. Karol Wheatstone 13
Wielkość oczu soczewkowych Największe oczy miał ichtiozaur Temnodontosaurus platyodon. Ich średnica wynosiła 264 mm 14
Widzenie nocne Wiele zwierząt prowadzących nocny tryb życia ma wielkie oczy, którymi nie mogą ruszać tak jak my. Zamiast tego mają sferyczne soczewki, szerszą siatkówkę i kręcą lepiej szyją niż my. Sowy, np. o 270. Siatkówka zwierząt nocnych jest zbudowana przede wszystkim z pręcików, tzn. ich oczy są pozbawione możliwości widzenia kolorowego. Koty z kolei mają warstwę odblaskową, grubą na 15 komórek i umieszczoną za siatkówką, dzięki której zawracają światło jeszcze raz do fotoreceptorów. 15
Nasze oczy I don't think it had ever occurred to me that man's supremacy is not primarily due to his brain, as most books would have one think. It is due to the brain's capacity to make use of the information conveyed to it by narrow band of visible light rays. His civilization, all that he has achieved or might achieve hangs upon his ability to perceive that range of vibrations from red to violet. Without that, he is lost. John Wyndham, The Days of The Triffids 16
Nasze oczy In Cosmos, the late Carl Sagan said: I cannot tell you what an extraterrestrial being would look like. I am terribly limited by the fact that I know only one kind of life, life on Earth. Sagan also said: There may be some convergent evolution because there may be only one best solution to a certain environmental problem - something like two eyes, for example, for binocular vision at optical frequencies. Nasze oczy Now, it is not too much say that if an optician wanted to sell me an instrument, which had all these defects, I should think myself quite justified in blaming his carelessness in the strongest terms, and giving him back his instrument. Of course, I shall not to do this with my eyes, and shall be only too glad to keep them as long as I can defects and all. Hermann von Helmholtz (wynalazca oftalmoskopu) Uważa się, że 80% informacji dociera do nas za pośrednictwem oczu (cokolwiek by to miało znaczyć, nie ulega wątpliwości, że oczy są dla nas ważne). 17
Nasze oczy Jak w nie zaglądać? Pierwszy przyrząd przeznaczony do tego celu oftalmoskop - został skonstruowany ok. 1851 przez Hermanna von Helmholtza 18
Nasze oczy Jak w nie zaglądać? Obecnie używa się również metody OCT optycznej tomografii spójnościowej 19
Kolory Złotorunka (Sea mouse) rodz. Aphrodite 20
Kolory Złotorunka Opal 21
Kolory 22
Kolory Warto nadmienić, że pomysł światłowodów fotonicznych, takich, jakie ma złotorunka, został opisany po raz pierwszy zaledwie 15 lat temu. 23
Kolory Przekrój przez kolec złotorunki, widziany pod mikroskopem. 24
Kolory Filtry interferencyjne (albo jednowymiarowe kryształy fotoniczne). 25
Kolory Budowa pawiego pióra 26
Kolory Morpho sulkowski Kollar, 1850 27
Kolory 28
Kolory 29
Kolory 30
Kolory Struktura skrzydła motyla Morpho sulkowski 31