Oczy złożone i przyoczka

Oczy owadów znacznie różnią się od naszych. Spełniają jednak znakomicie swoją funkcję, chociaż ludziom mogą wydawać się niedoskonałe.

Pszczoła ma dwoje dużych oczu złożonych i trzy przyoczka, znajdujące się na szczycie głowy. Jak sama nazwa wskazuje, oczy złożone składają się z pojedynczych jednostek, zwanych omatidiami lub fasetkami. Pojedyncze omatidium zbudowane jest z rogówki (łac. cornea) skupiającej światło, położonego niżej ciałka krystalicznego (zwanego również rożkiem), zbudowanego z czterech komórek skupiających (są to struktury załamujące światło i nakierowujące je) i światłoczułych receptorów wzrokowych, znajdujących się na dole fasetki. Komórki receptorowe opierają się na błonie podstawowej, przez którą przekazywane są sygnały do płytki zwojowej płatu wzrokowego pszczoły.

Gdy światło przejdzie przez rogówkę i rożek, wpada między dziewięć długich, pionowych komórek fotoreceptorowych, które rejestrują widma dla fal UV oraz barw: niebieskiej i zielonej. Pszczoły są więc trichromatyczne. Każda pojedyncza fasetka rejestruje wszystkie wymienione widma i kolory, chociaż w różnych proporcjach.

Wszystkie komórki fotoreceptorowe mają na błonach komórkowych małe wypustki tzw. sztyfciki lub brzeżki szczoteczkowe (zwane także mikrokosmkami), które łączą się w rabdon (inaczej pręcik wzrokowy lub pałeczkę wzrokową). Na owych wypustkach błony leżą cząsteczki barwników wzrokowych czułych na światło, również na to spolaryzowane¹. Fale świetlne, które uderzają w barwniki, inicjują impuls elektryczny przekazywany oczywiście do mózgu pszczoły.

Pojedyncza fasetka otoczona jest komórkami pigmentu (ommochromu), które zapobiegają przedostawaniu się światła do sąsiednich omatidiów. To owe komórki barwnikowe dają oczom pszczoły konkretny kolor (czarny, brązowy lub czerwonawy). Prawdopodobnie dlatego też trutnie o białych oczach są ślepe, a bardziej dokładnie – oślepione przez światło. Nie mają bowiem barwników, które zapobiegałyby rozprzestrzenianiu światła na sąsiednie fasetki². Obraz więc jest zaburzony.

Każde omatidium rejestruje jeden „piksel” światła, dając obraz składający się z plamek – jak malowidło impresjonisty. Jedno oko robotnicy ma 5000 fasetek, a trutnia 10 000. Natomiast matka pszczela ma mniej omatidiów niż robotnica. Niestety oczy złożone nie dają obrazu o cudownej rozdzielczości. U pszczół jest ona o wiele gorsza niż u ludzi, jednak dostatecznie dobra, by rozróżniać nie tylko różne kwiaty, lecz nawet ludzkie twarze³. Należy pamiętać, że pszczoły skupiają się na węchu i wzrok ma dla nich mniejsze znaczenie. W ulu jest ciemno i w nim pszczoły również skupiają się na zapachach i odbiorze drżeń.

Pszczoły dostrzegają obrazy z większą częstotliwością, a więc lepiej rejestrują ruch. To cecha dość charakterystyczna dla owadów – dlatego mucha tak sprawnie reaguje na widok łapki. Dzięki temu też szybko lecąca pszczoła widzi wyraźniej to, co znajduje się wokół niej.

Nie znalazłyśmy informacji, jaką barwę rejestruje dziewiąta komórka – u motyli zieleń lub czerwień (wiemy natomiast, że pszczoły tej drugiej barwy nie postrzegają).

W starszych publikacjach znajdziecie informacje, że liczba komórek receptorowych danego koloru w fasetce jest stała. Natomiast badania z 2015 r. mówią jasno, że pszczoły mają trzy typy fasetek, różniące się rodzajem dwóch komórek fotoreceptorowych.

Udowodniono, że pszczoły preferują kolory o jak najbardziej czystym spektrum świetlnym, na które są najczulsze. Wtedy selektywnie pobudzane są tylko konkretne rodzaje receptorów.

Między omatidiami tu i tam znajdują się równomiernie rozłożone włoski. Nie do końca wiadomo po co, bo nie są unerwione, więc nie przekazują żadnych informacji pszczole. Prawdopodobnie chronią omatidia przed przyklejeniem się pyłku lub innego zanieczyszczenia oraz ułatwiają czyszczenie oka.

Postrzeganie światła spolaryzowanego

Fasetki oczu pszczół, zlokalizowane w grzbietowej części oka, widzą także wzór światła spolaryzowanego, który układa się na niebie. Dzięki temu owady potrafią orientować się w przestrzeni względem położenia Słońca nawet w pochmurne dni – wystarczy im nawet maleńki skrawek nieba do orientacji.

Tak jak wspomniałyśmy, nie wszystkie fasetki wykrywają polaryzację światła, lecz tylko te skierowane w górę. Gdyby pozostałe miały taką zdolność, to dochodziłoby wtedy do nadmiernego szumu informacyjnego w odbieranych przez owada sygnałach barwnych i polaryzacji. Dlatego w tych fasetkach, które nie patrzą na podniebne wzory, kosmki rabdonu są ułożone spiralnie, chaotycznie wzdłuż jego osi podłużnej. To wymusza nierównomierne ułożenie pałeczek rodopsyny i niszczy efekt liniowego filtra polaryzacyjnego.

Przyoczka

Na szycie głowy pszczoły znajdują się trzy przyoczka (ocelli). Każde z nich ma tylko jedną wielką soczewkę, która ma warstwę zewnętrzną i wewnętrzną⁵. Nie wiadomo, jak działają te warstwy – możliwe, że mają inne współczynniki załamania światła, dzięki czemu uzyskują lepsze skupienie na obiektach znajdujących się bliżej siatkówki.

Soczewki przyoczek wydają się zbyt słabo skupiać światło, by być przydatnymi do rejestrowania szczegółowych obrazów. Pierwsze wyjaśnienie ich funkcji zaproponował Wilson w 1978 r., przedstawiając hipotezę pojedynczego sensora. Sugeruje ona, że przyoczka nie rejestrują szczegółów w przestrzeni, a raczej każde działa jak bardzo czuły detektor poziomu światła. Jednak kolejne badania przeprowadzone na muchach z gatunku Calliphora erythrocephala wykazały, że pomimo słabego skupiania soczewek, przemieszczające się obiekty mogą być dostrzegane przez przyoczka, chociaż słabo. Inne badania na osach i ważkach wykazały, że przyoczka mogą dostarczać mózgowi owada informacji przestrzennych. Te badania sugerują, że funkcja przyoczek jest bardziej skomplikowana niż sugerowałaby pierwotna hipoteza pojedynczego sensora i możliwe, że pomagają w rejestrowaniu ruchu.

Chociaż do dzisiaj niejasne jest, do czego pszczołom są przyoczka, to interesujące badanie opublikowane w 1990 r. wykazało, że rzeczywiście ocelli rejestrują światło, co pomaga im w orientacji. Podczas eksperymentu części pszczół zaklejono przyoczka, a pozostałe zostawiono w spokoju, by widziały dobrze. Wszystkie owady nauczono latać w konkretne miejsce, w którym znajdował się pokarm. Gdy już miano pewność, że pszczoły doskonale znają drogę do syropu, wzdłuż trasy ustawiono migające lampy. Loty pszczół były rejestrowane szybkoklatkowymi kamerami. Eksperyment wykazał, że po błysku pszczoły, którym nie ograniczono widzenia, tylko na krótko i nieznacznie zbaczały w kierunku światła. Natomiast pszczoły, którym zaklejono przyoczka, po mignięciu były skołowane. Pszczoły w pełni widzące bardzo zwalniały po rozbłysku. Natomiast półślepe były mniej wrażliwe – zwalniały z opóźnieniem i nie tak mocno, jak kontrola, jakby nie do końca były pewne, że coś zauważyły. To wskazuje, że przyoczka zarządzają fototaksję pszczół (czyli podążanie organizmu w stronę światła). Możliwe, że pomagają minimalizować wpływ innych bodźców świetlnych.

1 - Do dostrzegania światła spolaryzowanego pszczoły wykorzystują polaryzację światła w atmosferze ziemskiej. Efekt Rayleigha polega na rozproszeniu światła na cząsteczkach mniejszych niż długość fali światła rozpraszanego (koniecznie poniżej 40 nm). Rozproszenie następuje poprzez pobudzenie do drgań cząstek mających ładunek elektryczny, np. elektronie. Efekt Rayleigha można obserwować i w ciałach stałych, i w cieczach, ale najbardziej efektowny jest w gazach. Dzięki rozproszeniu światła białego na maciupeńkich cząsteczkach ziemskiej atmosfery powstaje kolor niebieski.

2 - Owady nocne mają bardzo mało barwników, które izolują rozpraszanie się światła. Im to jednak nie przeszkadza, ponieważ latają po zachodzie słońca.

3 - Co jakiś czas w Internecie pojawia się informacja, że pszczoły mogą rozpoznać swojego pszczelarza. Czy to prawda?
Kluczem do odpowiedzi na to pytanie jest analiza badań, które doprowadziły do wniosków, że pszczoły miodne potrafią rozpoznawać twarze. Naukowcy sprawdzili zdolność zapamiętywania portretów lub schematycznie narysowanych buź, gdy do każdej był dopasowany pokarm o odpowiedniej kaloryczności. Robotnice bez problemu rozpoznawały facjaty dające najwięcej pokarmu – możliwe jednak, że rozpatrywały je w kategorii „dziwnie wyglądającego kwiatu”. Ponadto potrafiły też przypisywać portrety do kategorii „twarz”, nawet jeśli pokazywano im nowe zdjęcia i rysunki. W obu przypadkach radziły sobie zarówno z obliczami schematycznymi, jak i regularnymi zdjęciami.
Jednak nie oznacza to, że znają poszczególne osoby, lecz że ogólnie są w stanie rozpoznawać twarze. Nie ma więc pewności, czy pszczoły rozpoznają twarz swojego pszczelarza, jeśli nie zadziałały na nie odpowiednie bodźce np. pokarmowe. Na pewno są w stanie rozróżniać oblicza – czy jednak wykorzystują to w praktyce? Tego nie wiadomo.

4 - Oraz strumień fotonów, zgodnie z dualizmem korpuskulartno-falowym. Niestety w książce nie mamy miejsca na dokładne tłumaczenie każdego zagadnienia związanego z fizyką, dlatego zachęcamy do zapoznania się z tematem we własnym zakresie.

5 - Wspominamy o tym, bo niektóre owady z rodziny pszczołowatych, jak np. Xylocopa, soczewkę mają trójwarstwową.

6 - Rozdzielczość przestrzenna – określona jest przez wymiar terenowy piksela, będącego podstawową, najmniejszą jednostką powierzchni obrazu cyfrowego. Rozdzielczość ta jest zależna od pola widzenia detektora oraz wysokości lotu platformy oraz wymiaru podstawowego elementu światłoczułego.

Zamów prenumeratę czasopisma "Pasieka"