Oko: zgradba, delovanje in vid pri ljudeh in živalih
Oko je okrogel organ za zaznavanje svetlobe, ki omogoča organizmom, da vidijo in se orientirajo v okolju. Je prvi del vidnega sistema in pri približno 97 odstotkih vseh živali je prisotna neka oblika očesa. Oči, ki lahko ločijo slike, imajo različne skupine živali, med drugim glistoni, mehkužci, vretenčarji, annelidi in členonožci. Oblike oči se zelo razlikujejo — od preprostih svetlobnih zaznavalnikov do zapletenih struktur, kot so kamerična (človeška) ali sestavljena (kompozitna) očesa.
Zgradba očesa
Glavne sestavne dele očesa tvorijo:
- Roženica (sprednja prosojna plast), ki prvi pretrga svetlobo in prispeva večino refrakcijske moči očesa.
- Belečnica (sklera), trdna zunanja plast, ki daje očesu obliko in ščiti notranje strukture.
- Iris (obarvani del očesa) in zenica (odprtina v irisu), ki skupaj uravnavata količino svetlobe, ki vstopa v oko.
- Leča, ki deluje kot prilagodljiv objektiv — s spreminjanjem oblike omogoča ostrenje predmetov na mrežnici (retini).
- Steklovina (vitreus), prosojna želatinasta snov, ki zapolnjuje notranjost očesa med lečo in mrežnico.
- Mrežnica (retina), notranja plast, kjer so fotoreceptorji (paličice in čepki), ki pretvarjajo svetlobo v živčne signale.
- Vidni živec, po katerem se signali prenašajo v možgane.
Fotoreceptorji in prenos informacij
Pri sesalcih dve vrsti celic, paličice in čepki, omogočata videnje tako, da pošiljajo signale po vidnem živcu v možgane. Paličice so občutljive na šibko svetlobo in omogočajo nočno vid, vendar ne zaznavajo barv. Čepki delujejo pri močni svetlobi in omogočajo zaznavanje barv; pri ljudeh so običajno trije tipi čepkov, kar daje trihromatsko barvno vidljivost.
V možganih ti signali prispemo v različne centre (npr. lateralno kolikulo, lateralno genikulatno jedro in vidni korteks), kjer se obdelajo za prepoznavanje oblika, gibanja, barv in globine.
Prilagoditve in razlike med živali
Nekatere živali lahko vidijo svetlobo zunaj območja, ki ga zaznava človeško oko. Vidijo lahko ultravijolično ali infrardečo svetlobo, kar jim daje prednosti pri iskanju hrane, parjenju ali zaznavanju toplote. Ptice in nekateri žuželke imajo pogosto štiri tipe čepkov in vidijo v ultravijoličnem območju; nekateri plazilci in žuželke zaznavajo infrardeče signale ali toploto.
Drugi posebni mehanizmi vključujejo tapetum lucidum — zrcalno plast za mrežnico pri nekaterih nočnih sesalcih (npr. mačke), ki poveča občutljivost za šibko svetlobo in povzroči "svetleč" odsev pri svetlobi. Mišice okoli očesa omogočajo premikanje oči in usmerjanje pogleda, kar je pomembno za stereoskopsko (dvo-očno) vidljivost in oceno razdalj.
Funkcija leče in staranje
Leča na sprednjem delu očesa deluje kot objektiv fotoaparata. S pomočjo mišic v oko se leča lahko potegne bolj plosko ali pa se pusti, da postane bolj okrogla — ta proces se imenuje akomodacija in omogoča ostrenje predmetov na različnih razdaljah. Pri starejših ljudeh se elastičnost leče zmanjša, kar vodi v presbiopijo (slabše ostrenje na bližino), zato starejši pogosto potrebujejo bralne ali večfunkcijske leče.
Bolezni, okvare in korekcije vida
Veliko ljudi ima rojstne ali pridobljene težave z vidom ter za odpravo težav potrebujejo očala ali kontaktne leče. Najpogostejše težave vključujejo:
- Refrakcijske napake: kratkovidnost (miopija), daljnovidnost (hipermetropija) in astigmatizem — popravijo se z očali, kontaktnimi lečami ali operativnimi posegi (npr. LASIK).
- Presbiopija: starostno zmanjšanje akomodacijske sposobnosti.
- Katarakta: zameglitev leče, ki se pogosto odpravi z operacijo z zamenjavo leče.
- Glavkom: poškodba vidnega živca zaradi povišanega očesnega tlaka, ki lahko vodi v izgubo vida, če se ne zdravi pravočasno.
- Starostna makularna degeneracija: prizadene centralni del mrežnice (makulo) in zmanjšuje centralno vidljivost.
- Konjunktivitis in druge površinske težave: vnetje ali infekcije zunanjega dela očesa.
Poleg očal in kontaktnih leč so na voljo tudi kirurške metode (kataraktna kirurgija, refraktivne operacije) in medicinski zdravljenja za določene bolezni (kapljične terapije za glavkom, injekcije za nekatere oblike makularne degeneracije ipd.).
Vid pri ljudeh proti živalim
Človeški vid je prilagojen za: ostro barvno zaznavanje v svetlem okolju, prepoznavanje obrazov in kompleksno prostorsko zaznavanje. Mnoge živali imajo vid, prilagojen njihovemu načinu življenja: plenilci pogosto imajo sprednje postavljene oči za boljšo stereoskopsko globinsko zaznavo, plena pa ima oči bolj ob strani glave za širši vidni kot in zgodnje odkrivanje nevarnosti.
Nekatere živali imajo specializirane strukture ali zaznave (npr. mantis shrimp s kompleksnim barvnim vidom, netopirji z navigacijo na osnovi odmevi — eholokacija, ki ni vid, a dopolnjuje zaznavanje okolja), kar kaže, kako raznolik je evolucijski razvoj oči in vidnih sistemov.
Zaključek
Oko je kompleksen in občutljiv organ, ki omogoča percepcijo svetlobe, barv, oblik in gibanja. Čeprav osnovni princip — pretvorba svetlobe v živčne signale — ostaja pri večini organizmov podoben, se zgradba in sposobnosti oči močno razlikujejo med vrstami. Skrb za oči (redni pregledi, ustrezna zaščita in zdravljenje) je ključna za ohranjanje dobrega vida skozi življenje.
Človeško oko, okrašeno s kozmetiko
Svetloba iz ene točke oddaljenega predmeta in svetloba iz ene točke bližnjega predmeta, ki se izostrita
Oko jastreba
Vrste oči
Danes poznamo deset različnih vrst oči. Večina načinov zajemanja slike se je razvila vsaj enkrat.
Eden od načinov razvrščanja oči je število "komor". Enostavne oči so sestavljene le iz ene konkavne komore, morda z lečo. Sestavljene oči imajo veliko takih komor z lečami na izbočeni površini.
Oči lahko razdelimo tudi glede na način izdelave fotoreceptorja. Fotoreceptorji so bodisi cilasti bodisi rabdomični, nekateri annelidi pa imajo oboje.
Preproste oči
Oči iz jame
Očesne odprtine so v vdolbinici v koži. To zmanjšuje kote, pod katerimi lahko svetloba vstopa vanj. Tako lahko organizem ugotovi, od kod prihaja svetloba.
Takšne oči najdemo pri približno 85 % vseh vrst živali. Verjetno so se pojavile pred razvojem bolj zapletenih oči. Oči z jamicami so majhne. Sestavljene so iz največ sto celic, ki pokrivajo približno 100 µm. Usmerjenost je mogoče izboljšati z zmanjšanjem velikosti odprtine in z namestitvijo odsevne plasti za sprejemnimi celicami.
Oko luknjice
Očesna luknjica je napredna oblika očesne luknjice. Ima več posebnosti, predvsem majhno odprtino in globoko jamico. Včasih je mogoče odprtino spreminjati. Najdemo ga le pri Nautilusu. Brez leče, ki izostri sliko, ustvarja zamegljeno sliko. Posledično nautilusi ne morejo razlikovati med predmeti, ki so med seboj oddaljeni manj kot 11°. Če bi zmanjšali zaslonko, bi dobili ostrejšo sliko, vendar bi prepustili manj svetlobe.
Sferično oko z lečo
Ločljivost očesnih jam je mogoče zelo izboljšati z dodajanjem materiala za izdelavo leče. To bo zmanjšalo polmer zameglitve in povečalo ločljivost, ki jo je mogoče doseči. Najosnovnejšo obliko je še vedno mogoče videti pri nekaterih polžih in annelidih. Te oči imajo lečo z enim lomnim količnikom. Boljšo sliko je mogoče dobiti z materiali, ki imajo visok lomni količnik, ki se proti robovom zmanjšuje. S tem se zmanjša goriščna razdalja in omogoči nastanek ostre slike na mrežnici.
To oko ustvari sliko, ki je dovolj ostra, da lahko gibanje očesa povzroči precejšnjo zameglitev. Za zmanjšanje učinka gibanja očesa med gibanjem živali ima večina takšnih oči stabilizacijske očesne mišice.
Očesne leče žuželk imajo preprosto lečo, vendar je njihovo žarišče vedno za mrežnico, zato nikoli ne morejo ustvariti ostre slike. To omejuje delovanje očesa. Ocelli (oči členonožcev z jamicami) zameglijo sliko na celotni mrežnici. Zelo dobro se odzivajo na hitre spremembe jakosti svetlobe v celotnem vidnem polju - ta hiter odziv še dodatno pospešijo veliki živčni snopi, ki informacije poženejo v možgane. Zaradi izostritve slike bi se tudi sončna slika osredotočila na nekaj receptorjev. Ti bi se zaradi intenzivne svetlobe lahko poškodovali; če bi receptorje zaščitili, bi del svetlobe blokirali in zmanjšali njihovo občutljivost.
Zaradi tega hitrega odziva so se pojavili predlogi, da se okeli žuželk uporabljajo predvsem med letom, saj lahko z njimi zaznajo nenadne spremembe v smeri navzgor (ker svetloba, zlasti UV-svetloba, ki jo absorbira vegetacija, običajno prihaja od zgoraj).
Refraktivna roženica
Oči večine kopenskih vretenčarjev (pa tudi nekaterih pajkov in ličink žuželk) vsebujejo tekočino, ki ima večji lomni količnik kot zrak. Roženica je ostro ukrivljena in lomi svetlobo proti žarišču. Ni nujno, da leča lomi vse svetlobe. Zaradi tega lahko leča lažje prilagodi ostrino, kar omogoča veliko večjo ločljivost.
Odsevne oči
Namesto leče je mogoče uporabiti tudi celice v očesu, ki delujejo kot zrcala. Slika se lahko odbije in izostri v osrednji točki. Takšna zasnova tudi pomeni, da bo nekdo, ki gleda v takšno oko, videl enako sliko kot organizem, ki jih ima.
Takšno zasnovo uporabljajo številni majhni organizmi, kot so rotifi, kopopodi in ploščonožci, vendar so njihove oči premajhne, da bi ustvarjale uporabne slike. Nekateri večji organizmi, kot so pokrovače, prav tako uporabljajo reflektorske oči. Pokrovača Pecten ima do 100 milimetrov velike odsevne oči, ki obrobljajo rob njene lupine. Premikajoče se predmete zazna, ko gredo mimo zaporednih leč.
Sestavljene oči
Sestavljene oči se razlikujejo od navadnih oči. Namesto enega organa, ki zaznava svetlobo, imajo več takšnih organov. Nekatere sestavljene oči jih imajo na tisoče. Na podlagi signalov številnih očesnih enot se v možganih sestavi slika. Vsaka taka enota se imenuje ommatidij, več pa jih je imenovanih ommatidiji. Ommatidiji se nahajajo na izbočeni površini, vsak od njih je usmerjen v nekoliko drugačno smer. Za razliko od enostavnih oči imajo sestavljene oči zelo velik zorni kot. Zaznavajo lahko hitro gibanje in včasih tudi polarizacijo svetlobe.
Sestavljene oči so pogoste pri členonožcih, annelidih in nekaterih školjkah.
Nautilus ima luknjičasto oko
Členonožci, kot je ta čebela, imajo sestavljene oči.
Razvoj očesa
Razvoj oči se je začel z najpreprostejšimi svetlobno občutljivimi zaplatami pri enoceličnih organizmih. Te očesne pege ne delajo nič drugega kot zaznavajo, ali je okolica svetla ali temna. Večina živali ima v sebi biokemično "uro". Te preproste očesne pege se uporabljajo za uravnavanje te dnevne ure, ki se imenuje cirkadiani ritem. Nekateri polži, na primer, sploh ne vidijo slike (slike), vendar zaznavajo svetlobo, kar jim pomaga, da se izogibajo močni sončni svetlobi.
Bolj zapletene oči te funkcije niso izgubile. Posebna vrsta celic v očesu zaznava svetlobo za drugačen namen, kot je gledanje. Te celice se imenujejo ganglijske celice. Nahajajo se v mrežnici. Informacije o svetlobi pošiljajo v možgane po drugi poti (retinohipotalamični trakt). Te informacije prilagodijo (sinhronizirajo) cirkadiani ritem živali 24-urnemu ciklu svetlobe in teme v naravi. Sistem deluje tudi pri nekaterih slepih ljudeh, ki sploh ne vidijo svetlobe.
Nekoliko boljše oči so oblikovane kot skodelice, kar živali omogoča, da ve, od kod prihaja svetloba.
Bolj zapletene oči omogočajo popoln občutek vida, vključno z barvami, gibanjem in teksturo. Te oči imajo okroglo obliko, zaradi katere se svetlobni žarki osredotočijo na zadnji del očesa, imenovan mrežnica.
Drugo
Dobri letalci, kot so muhe ali čebele, ali žuželke, ki lovijo plen, kot so bogomolke ali zmaji, imajo specializirane cone ommatidij, organizirane v območje foveje, ki omogoča oster vid. Na tem območju so oči sploščene, fasete pa večje. Zaradi sploščenosti lahko več ommatidij sprejme svetlobo iz točke. To omogoča večjo ločljivost.
Telo Ophiocoma wendtii, vrste krhke zvezde, je prekrito z ommatidijami, zaradi česar je celotna koža spremenjena v sestavljeno oko. Enako velja za številne hitone.
Sestavljeno oko zmajčka
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je oko?
O: Oko je okrogel organ za zaznavanje svetlobe, da lahko organizmi vidijo. Je prvi del vidnega sistema.
V: Koliko živali ima oči?
O: Okoli 97 odstotkov živali ima oči.
V: Katere vrste celic omogočajo vid pri sesalcih?
O: Pri sesalcih vid omogočata dve vrsti celic, paličice in čepki, ki pošiljajo signale po vidnem živcu v možgane.
V: Ali obstajajo živali, ki lahko vidijo svetlobo, ljudje pa ne?
O: Da, nekatere živali lahko vidijo ultravijolično ali infrardečo svetlobo.
V: Kako deluje leča na sprednjem delu očesa?
O: Leča na sprednjem delu očesa deluje kot objektiv fotoaparata. Mišice v očesu jo lahko potegnejo bolj plosko ali pa jo pustijo, da postane bolj okrogla.
V: Ali ljudje potrebujejo očala ali kontaktne leče za odpravo težav z vidom?
O: Da, nekateri ljudje lahko potrebujejo očala (ali kontaktne leče) za odpravo težav z vidom, če se rodijo z drugimi majhnimi težavami ali jih dobijo pozneje v življenju.
V: Kako to, da imajo različne oči različne sposobnosti?
O: Različne oči imajo lahko višjo ali nižjo ločljivost, boljšo zmogljivost pri šibki svetlobi (nočne živali vidijo bolje ponoči kot dnevne) in različne sposobnosti razlikovanja barv v primerjavi z drugimi očmi.
