Oko — budowa, funkcje i różnorodność w królestwie zwierząt

Obecnie znanych jest dziesięć różnych typów oczu. Większość sposobów utrwalania obrazu ewoluowała co najmniej raz.

Jednym ze sposobów kategoryzacji oczu jest spojrzenie na liczbę "komór". Oczy proste zbudowane są tylko z jednej wklęsłej komory, być może z soczewką. Złożone oczy mają wiele takich komór z soczewkami na wypukłej powierzchni.

Oczy można również pogrupować według sposobu budowy fotoreceptora. Fotoreceptory są albo szylkretowe, albo rhabdomiczne, a niektóre małżowiny posiadają oba rodzaje.

Proste oczy

Oczy wgłębne

Oczy Pit są osadzone w zagłębieniu w skórze. Zmniejsza to kąt, pod którym światło może się dostać do wnętrza. Pozwala to organizmowi stwierdzić, skąd dochodzi światło.

Takie oczy można znaleźć u około 85% fauny. Prawdopodobnie pojawiły się one przed rozwojem bardziej złożonych oczu. Oczy Pit są małe. Zbudowane są z maksymalnie około stu komórek, obejmujących około 100 µm. Kierunkowość można poprawić przez zmniejszenie wielkości otworu i umieszczenie warstwy odblaskowej za komórkami receptorowymi.

Oko otworkowe

Oko otworkowe jest zaawansowaną formą oka otworkowego. Posiada kilka cech, przede wszystkim małą aperturę i głęboki dół. Czasami otwór może być zmieniany. Występuje tylko u Nautilusa. Bez soczewki do ogniskowania obrazu, daje obraz nieostry. W związku z tym nautiloidy nie są w stanie rozróżnić obiektów o odległości mniejszej niż 11°. Zmniejszenie otworu przysłony dałoby ostrzejszy obraz, ale wpuściłoby mniej światła.

Oko z soczewką sferyczną

Rozdzielczość oczu pit może być znacznie poprawiona przez dodanie materiału tworzącego soczewkę. Zmniejszy to promień rozmycia i zwiększy rozdzielczość, jaką można osiągnąć. Najbardziej podstawową formę można jeszcze zobaczyć u niektórych ślimaków i małżoraczków. Oczy te mają soczewkę o jednym współczynniku załamania światła. Możliwe jest uzyskanie lepszego obrazu przy użyciu materiałów o wysokim współczynniku załamania światła, który maleje w kierunku krawędzi. Zmniejsza to ogniskową i pozwala na formowanie ostrego obrazu na siatkówce.

To oko tworzy obraz, który jest na tyle ostry, że ruch oka może spowodować znaczne rozmycie. Aby zminimalizować efekt ruchu oka podczas poruszania się zwierzęcia, większość takich oczu posiada stabilizujące mięśnie oczne.

Oczodoły owadów mają prostą soczewkę, ale ich ognisko zawsze leży za siatkówką.Nigdy nie mogą tworzyć ostrego obrazu. To ogranicza funkcję oka. Ocelli (oczy stawonogów typu pit) rozmywają obraz na całej siatkówce. Są one bardzo dobre w reagowaniu na szybkie zmiany natężenia światła w całym polu widzenia - ta szybka reakcja jest jeszcze bardziej przyspieszona przez duże wiązki nerwów, które pędzą z informacją do mózgu. Skupienie obrazu spowodowałoby również skupienie obrazu słońca na kilku receptorach. Mogłyby one zostać uszkodzone przez intensywne światło; osłonięcie receptorów spowodowałoby zablokowanie części światła i zmniejszenie ich wrażliwości.

Ta szybka reakcja doprowadziła do sugestii, że okulary owadów są wykorzystywane głównie w locie, ponieważ mogą one być wykorzystywane do wykrywania nagłych zmian w kierunku, który jest w górę (ponieważ światło, zwłaszcza światło UV, które jest pochłaniane przez roślinność, zwykle pochodzi z góry).

Refrakcyjna rogówka

Oczy większości kręgowców żyjących na lądzie (jak również niektórych pająków i larw owadów) zawierają płyn, który ma wyższy współczynnik załamania światła niż powietrze. Rogówka jest ostro zakrzywiona i załamuje światło w kierunku ogniska. Soczewka nie musi dokonywać całego załamania. Dzięki temu soczewka łatwiej ustawia ostrość, co pozwala uzyskać znacznie wyższą rozdzielczość.

Oczy odblaskowe

Zamiast soczewki możliwe jest również posiadanie komórek wewnątrz oka, które działają jak lustra. Obraz może być wtedy odbity, aby skupić się w centralnym punkcie. Taka konstrukcja oznacza również, że osoba patrząca w takie oko będzie widziała ten sam obraz, co organizm, który je posiada.

Wiele małych organizmów, takich jak wrotki, stułbiopławy i platyhelminthes używa takiej konstrukcji, ale ich oczy są zbyt małe, aby uzyskać użyteczne obrazy. Niektóre większe organizmy, takie jak przegrzebki, również używają oczu reflektorowych. Przegrzebek Pecten ma do 100 milimetrowych oczu reflektorowych obramowujących krawędź muszli. Wykrywa on poruszające się obiekty, gdy przechodzą one przez kolejne soczewki.

Oczy złożone

Oczy złożone różnią się od oczu prostych. Zamiast jednego narządu, który wyczuwa światło, łączą wiele takich narządów. Niektóre oczy złożone mają ich tysiące. Powstały obraz jest składany w mózgu, na podstawie sygnałów z wielu jednostek ocznych. Każda taka jednostka jest nazywana ommatidium, kilka jest nazywanych ommatidiami. Ommatidia znajdują się na wypukłej powierzchni, a każde z nich skierowane jest w nieco innym kierunku. W przeciwieństwie do oczu prostych, oczy złożone mają bardzo duży kąt widzenia. Potrafią wykryć szybki ruch, a czasem także polaryzację światła.

Oczy złożone są powszechne u stawonogów, bezkręgowców i niektórych małży.

Ewolucja oczu rozpoczęła się od najprostszych światłoczułych plamek u organizmów jednokomórkowych. Te plamki oczne nie robią nic innego, jak tylko wykrywają, czy otoczenie jest jasne czy ciemne. Większość zwierząt ma w sobie biochemiczny "zegar". Te proste plamki oczne są używane do regulacji tego dziennego zegara, który jest nazywany rytmem okołodobowym. Niektóre ślimaki, na przykład, nie widzą w ogóle obrazu, ale wyczuwają światło, co pomaga im trzymać się z dala od jasnego światła słonecznego.

Bardziej złożone oczy nie utraciły tej funkcji. Specjalny rodzaj komórek w oku wyczuwa światło w innym celu niż widzenie. Komórki te nazywane są komórkami zwojowymi. Znajdują się one w siatkówce. Przesyłają one informacje o świetle do mózgu inną drogą (trakt siatkówkowo-podwzgórzowy). Informacja ta dostosowuje (synchronizuje) rytm okołodobowy zwierzęcia do 24-godzinnego cyklu światło/ciemność w przyrodzie. System ten działa również u niektórych niewidomych, którzy w ogóle nie widzą światła.

Oczy, które są nieco lepsze, mają kształt kubków, co pozwala zwierzęciu zorientować się, skąd dochodzi światło.

Bardziej złożone oczy dają pełny zmysł wzroku, w tym kolor, ruch i fakturę. Oczy te mają okrągły kształt, który sprawia, że promienie świetlne skupiają się na tylnej części oka, zwanej siatkówką.

Inne

Dobre loty, takie jak muchy lub pszczoły miodne, lub owady chwytające ofiary, takie jak modliszki lub ważki, mają wyspecjalizowane strefy ommatidia zorganizowane w obszarze fovea, który daje ostre widzenie. W tej strefie oczy są spłaszczone, a fasetki większe. Spłaszczenie pozwala większej liczbie ommatidiów odbierać światło z plamki. Daje to wyższą rozdzielczość.

Ciało Ophiocoma wendtii, rodzaju gwiazdy kruchej, pokryte jest ommatidiami, co sprawia, że cała jego skóra staje się złożonym okiem. Podobnie jest u wielu chitonów.