Свет и зрение рыб. Часть 2

Зрение у большинства рыб - важнейшее чувство, при помощи которого они ориентируются в окружающей среде. Самым совершенным зрительным рецептором является глаз.

Глаза большинства рыб не имеют век и постоянно остаются открытыми. Лишь у некоторых акул имеется прозрачная мигательная перепонка. У других видов (кефаль, некоторые сельди) имеется так называемое «жировое веко», закрывающее иногда глаз почти до самого зрачка.

Разные виды рыб приспособились к жизни в разных условиях освещения. Существуют дневные, ночные, глубоководные и поверхностные рыбы. Естественно поэтому расположение на голове, структура и функция глаз у разных видов рыб различны. Глаза поверхностных рыб состоят обычно из сетчатки с различным у разных видов соотношением палочек и колбочек, из шарообразного хрусталика и относительно небольшого отверстия - зрачка.

В сетчатке большинства костистых рыб имеются два типа приемников света: колбочки (дневные приемники света) и палочки (сумеречные приемники света). С такой двойственной системой зрения рыб связано изменение воспринимаемого спектра света, обусловленное приспособлением из зрения к яркости света. Для рыб, обитающих в верхних слоя воды, световая чувствительность глаза, близка к человеческому. Человеческий глаз обладает различной чувствительностью по отношению к разным участкам спектра, причем максимальная чувствительность приходится на длину волны 555 mкм (зеленый цвет). У большинства рыб восприятие света происходит в интервале от 400 до 750 mкм, т.е. они, как и человек, различают цвета видимого диапазона от фиолетового (самого коротковолнового) до красного (самого длинноволнового) и зависит от предварительной адаптации глаза к свету («палочковое» или «колбочковое» зрение).

Вспомните диапазон видимого света, начиная с самого коротковолнового: фиолетовый (420mкм), синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный (700 mкм). В сумерках (в условиях ’’темновой’’ адаптации глаза) воспринимаемый рыбами спектр света охватывает только коротковолновую часть шкалы световых волн. Максимум приходится в среднем на 540 mкм (желто-зеленый). Днем (в условиях ’’световой’’ адаптации глаз) воспринимаемый спектр смещается в правую (длинноволновую) часть шкалы (максимум приблизительно равен 620 mкм). Это означает, что в дневное время наиболее различимым цветом является красно-оранжевый.

Переход рыб от световой к темновой адаптации происходит в течение получаса.

Этот механизм изменения спектральной чувствительности сетчатки также позволяет рыбам приспосабливаться к изменению глубин. Глаза глубоководных рыб состоят в большинстве случаев из палочковой сетчатки, цилиндрически вытянутых «передних» сред и огромного зрачка. Естественно поэтому, что свойства зрения отдельных видов рыб из числа как поверхностных, так и глубоководных видов различны и зависят от приспособления вида к условиям биотической и абиотической среды.

Щука, судак, морской окунь и другие имеют большие глаза - вьюн, карликовый сомик, сом - маленькие. Обычно различия в размере глаз идут параллельно с развитием зрительных способностей рыб.

Для дневных животных более важно иметь высокую остроту зрения при невысокой чувствительности глаза. Это достигается преобладанием в сетчатке глаза рецептеров дневного зрения - колбочек. Виды, питание которых осуществляется в сумеречных условиях при помощи зрения, имеют хорошо развитые с количественным преобладанием небольших по размеру палочек (лещ, ерш густера). Виды, питающиеся днем, имеют хорошо развитые глаза и небольшое преобладание палочек над колбочками (щука, окунь, форель). Экологические зоны, в которых обитают рыбы, характеризуются различными условиями освещенности, что определяет специфику их зрительного восприятия различных объектов.

Различные виды рыб имеют значительно различающиеся шкалы световосприятия, при этом шкалы световосприятия у морских рыб сдвинуты в коротковолновую часть видимого участка спектра (желто-голубые цвета) по сравнению с пресноводными.

Водная среда создает особые световые условия для населяющих ее организмов. Здесь свет изменяется не только в зависимости от времени суток, но и от глубины и мутности среды. В одно и то же время каждый слой воды имеет свою, отличную от других освещенность. Рыбы отвечают изменением двигательной активности на изменение факторов среды - света, температуры, пищи и т.д., каждый из которых может стать преобладающим и подавить остальные. Проникающий под водную поверхность свет, распространяясь в глубину, постепенно ослабевает в результате ослабления световых лучей за счет явления поглощения и рассеяния. Если бы поглощение и рассеяние света в воде было одинаковым для различных лучей спектра, то воды морей и озер были бы похожи на разбавленное молоко. Но это не происходит вследствие того, что лучи различных длин волн по-разному поглощаются и рассеиваются. Обычный белый свет состоит из цветных лучей, смешанных в строго определенной пропорции. Стоит только нарушить эту пропорцию, как белый цвет приобретает цветную окраску. Именно это и происходит в воде. Обычный белый солнечный свет, попадая под поверхность воды, претерпевает поглощение и рассеяние. Красные и желтые лучи сильно поглощаются уже в верхних, довольно тонких слоях воды. Синие и фиолетовые лучи поглощаются значительно меньше и проникают значительно глубже красных и желтых. Для чистой пресной воды расчеты показывают, что световая энергия в зависимости от длины волны, ослабленная до 10% от своего начального значения, достигает глубины 50 м для голубых и зеленых лучей, а оранжевая составляющая спектра - примерно до 10-12 метров. Прибрежные мутные воды морей и озер гораздо более мощный фильтр. Голубые и зеленые лучи (10% от приходящих на поверхность) достигают 4- 5 метров, желто-зеленые лучи - 6 метров, а оранжевые - лишь 3- 4 м.

В результате в спектре света, проникающего на глубины, начинают преобладать синие лучи. Вода приобретает зеленовато-синюю окраску. На ряду с поглощением лучей происходит их рассеяние. Характер рассеяния для различных цветных лучей сильно зависит от размера и характера взвешенных частиц, на которых происходит рассеяние.

Обычно в воде сильнее всего рассеиваются синие лучи и слабее всего - красные. А так как синие лучи медленнее ослабляются, чем красные, и быстрее рассеиваются, они могут быть отброшены назад, поэтому свет, выходящий из моря обратно, имеет недостаток красных лучей. Это является причиной сине-голубой окраски моря или озера. На рис.1 приведен график зависимости энергии лучей для света, падающего на поверхности моря, и света, проникающего в воду на глубину 10 см, 1 , 10 и 100 м, от длины волны. Естественная солнечная лучистая энергия, состоящая из ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучения, в первых же сантиметрах терпит большие изменения по составу лучей. Очень быстро поглощаются инфракрасные лучи и ослабевают красные. Медленнее идет поглощение в ультрафиолетовой части спектра. Наименьшее ослабление имеют сине-зеленые лучи.

Разные воды по-разному поглощают и рассеивают лучи, из которых состоит белый свет. Одно и то же озеро или море меняет свой цвет в зависимости от сезона года. Оно может быть ярко-синим, похожим на раствор анилинового красителя или зеленым, буро-зеленым, а иногда даже коричневым и красным. Все зависит от состава рассеивающих свет взвесей. Как правило, цветение планктонных организмов сопровождается резким снижением прозрачности воды. На рис.2 изображен график, показывающий распределение лучей спектра для света, проникающего на глубину 100 м в чистой морской воде и для света на глубине 10 м в мутных водах. Расчеты ученых показывают, что при средней прозрачности 5 метров, что достаточно высока для наших северных широт, уже в первых пяти метрах водной толщи освещенность уменьшается в 8 раз.

С точки зрения спектральной энергии очевидно, что наибольшей энергией обладают в чистой воде синие лучи, в мутной - желто-зеленые лучи. Это придает участкам моря или озера соответствующую окраску.

Отличие спектрального состава света, проникающего н глубины, от спектрального состава естественного белого света, по-видимому является причиной своеобразной окраски водных животных. Окраска водных животных бывает двух типов: часть обитателей глубин имеет окраску дополнительную по отношению к свету, проникающему на эти глубины, другая часть имеет приспособительную маскирующую окраску. Как мы уже видели, в глубины моря проникают лишь сине-зеленые лучи, то дополнительной к этим лучам будет красная окраска. Действительно, очень многие жители глубин, извлеченные из воды, имеют ярко-красную окраску, а в глубине в сине-фиолетовом свете они не бросаются в глаза и кажутся серыми.

Другая часть животных, имеющая приспособительную окраску, маскируется на фоне дна или водной толщи. Рыбы, имеющие темные спинки, при наблюдении сверху сливаются с фоном глубины.

Для людей далеких от науки и для тех, кто не хочет заниматься самостоятельным анализом научной информации, эксперты редакции решили сделать несколько выводов из приведенной выше статьи.

1. Обратите внимание на шкалу видимого спектра. Под шкалой поставлены цифровые значения длин волн, соответствующих данному цвету.

2. Данная шкала соответствует человеческому восприятию цветов. Рыба видит те же цвета, что и человек.

3. Но поскольку рыба находится под водой, а свет, проникая под воду, теряет часть спектра, то некоторые объекты для рыбы будут выглядеть несколько иначе, чем для человека над водой.

4. Чем более коротковолновый цвет, тем глубже он проникает, и наоборот, чем длина волны больше, тем больше потеря данного цвета с глубиной. Это справедливо для чистой воды.

5. Но вода наших водоемов не является чистой, в ней присутствует то или иное количество взвешенных частиц. Каждый размер частиц рассеивает какой-то определенный спектр (цвет).

6. Поскольку потеря цвета сильно зависит от мутности воды (от размера и количества посторонних частиц), то для разных водоемов рассеяние света будет различным. Поэтому, дать четкие рекомендации по выбору цвета приманки в зависимости от глубины вряд ли получится. Но общие рекомендации все же возможны.

7. Чем больше глубина (в пределах от 0 до 10 метров) тем более заметны в ней будут цвета, близкие к синему, а менее всего заметны красные цвета. То есть до глубины примерно 3 метра можно использовать красные приманки, далее - желтые и зеленые, а на самой глубине - близкие к синему и фиолетовому.

8. Чем вода более мутная, тем лучше будут работать приманки с желто-зеленой цветовой гаммой, немного хуже - голубые и зеленые, и совсем плохо - оранжевые и красные. Это справедливо для глубин более 3 метров.

9. Наибольшего эффекта при экспериментах с необычной окраской приманки можно достигнуть при ловле на небольших (до нескольких метров) глубинах. Раскраска самых глубоководных приманок должна максимально отражать достигающего ее спектра света, поэтому заметнее всего будет зеркальная или сине-фиолетовая поверхность.

В следующем номере ищите продолжения статьи о зрении рыб. Наш автор попытается ответить на вопрос - «А есть ли разница для рыбы между, например, синим и голубым цветом?