Чем больше информации об окружающей среде получает организм, тем выше его шансы на выживание. Все живое так или иначе реагирует на изменения вокруг себя. Улавливать эти изменения и сигнализировать о них центральной нервной системе – задача сенсоров клеточных мембран, чувствительных к той или иной форме энергии. На этом курсе вы узнаете об устройстве различных сенсорных систем на молекулярном уровне и познакомитесь с некоторыми деталями работы нервной системы. Мы выясним, как реагирует простейшая сенсорная система на уровне одноклеточных организмов, как они определяют погодные условия вокруг себя и какие глаза бывают у одноклеточных. Вместе с эволюцией организма происходит эволюция его сенсоров. Поэтому в ходе курса вам придется столкнуться с самыми разнообразными сенсорными системами многоклеточных животных: механо- и термочувствительной, хемо- и фоточувствительной, а также узнать о редких и недоступных людям способах ощущения мира – электро- и магниторецепции.
7.3. Инфракрасная чувствительность
Loading...
From the course by Novosibirsk State University
Биосенсоры
31 оценки
From the lesson
Редкие чувства
В этой части речь пойдет о самых редких, удивительных и даже невообразимых чувствах. Мы познакомимся с особенностями теменного глаза, который работает и как воспринимающая свет структура, и как эндокринная железа. Относительно простая и обычная термочувствительность тесно связана с инфракрасной чувствительностью, которой обладают насекомые и змеи.
Мы познакомимся с электрорецепцией, возможность появления которой обеспечила боковая линия рыб, и с магниторецепцией, четко проявляющейся у некоторых бактерий и вызывающей много вопросов применительно к птицам.
Кроме того, мы узнаем кто может видеть мир в поляризованном свете, какие особенности строения глаз дарят такую возможность, и какая от этого может быть польза.
Meet the Instructors
Анна ЮшковаКандидат биологических наук, доцент
Кафедра естественнонаучных дисциплин ВКИ НГУ
[МУЗЫКА]
[МУЗЫКА] Инфракрасные детекторы,
конечно, трудно отличить от терморецепторов, но рецепторы,
реагирующие на инфракрасное излучение, у насекомых есть.
Например, в жилках крыльев некоторых бабочек присутствуют
инфракрасные рецепторы, активирующиеся солнечным теплом,
и их активация вызывает рефлекторное складывание крыльев.
Имеются инфракрасные рецепторы на хоботке американского клопа-хищнеца.
Этот нос-хоботок подвижен, и клоп, в поисках пути к жертве,
осуществляет инфракрасное сканирование окружающего пространства.
Но гораздо интересней и уникальней жуки, которые, вместо того,
чтобы бежать от огня, как большинство нормальных животных, напротив,
расправляют крылья и в массовом порядке летят к месту пожара.
Этот жук — златка пожарная — обитает в Европе и Азии и она
откладывает яйца в обгорелую древесину.
Преимущество такого способа заключается в том, что как раз в этот момент
природные враги уже не могут помешать, поскольку сами спасаются от пожара.
А вот для обнаружения пожара на расстоянии нескольких километров данный жук
имеет миниатюрный инфракрасный рецептор.
И еще в Австралии обитает пара видов насекомых,
но у них другие инфракрасные детекторы по своей структуре.
Но самый интерес представляют, наверное,
инфракрасные рецепторы позвоночных животных.
И только две группы преуспели в такой способности, и обе хищные,
— это змеи и летучие мыши.
Чтобы животное могло спрятаться от хищника,
вообще ему приходится изрядно потрудиться.
Животное может обладать или яркой предупреждающей отпугивающей окраской, ну
или защитной такой, покровительственной, которая имитирует цвет фона.
Например, в видимом свете хлорофилл зеленых растений и пигменты зеленой
окраски лягушки или насекомых, они практически неотличимы друг от друга.
И если хищник воспринимает только волны видимого спектра,
то ни лягушки, ни насекомые незаметны на фоне листвы.
А некоторые хищники, кстати, тоже могут активно подстраивать свою окраску под
видимую часть спектра для соответствующей маскировки, как например хамелеон.
Но от хищника, который обладает инфракрасным зрением,
спрятаться гораздо сложнее.
По сравнению с наблюдениями в обычном видимом диапазоне,
инфракрасное зрение существенно отличается.
Поскольку оно основано на тепловом самоизлучении объектов,
а не на отражении или поглощении излучения от внешнего источника.
И внешний источник излучения становится помехой, а вовсе не необходимостью.
А если он был, этот внешний источник, а его устранили, то контрастность объекта
в инфракрасных лучах повышается, а при обычном зрении объект станет невидимым.
То есть какой отсюда следует вывод?
Инфракрасное зрение лучше всего использовать когда темно,
прохладно и нет дополнительных источников света или тепла — ночью.
Змеи используют инфракрасное детектирование для поиска добычи, атаки,
а также для обороны или бегства, если вдруг появляется излучающий тепло хищник.
Собственно говоря, предположение о наличии у змей таких рецепторов было сделано на
основе их поведения.
Но к инфракрасной детекции способны не все змеи, только некоторые.
Вот представители семейства ложноногих змей — это удавы,
питоны и ямкоголовые змеи.
Среди ямкоголовых насчитывается около двухсот видов,
это и гремучие змеи, и щитомордники.
В нашей стране из них наиболее распространен щитомордник обыкновенный.
По обе стороны головы, между носом и глазами,
имеются два конических углубления, такие ямки,
прикрытые тонкими мембранами, а за ними лежат воздушные полости.
Именно эти ямки чувствительны к инфракрасному излучению.
Но в ямках находятся не специализированные рецепторные клетки,
а сильно разветвленные окончания тройничного нерва.
В каждом углублении на поверхости в 3—4 мм² размещается до 3500 таких рецепторов.
Если сравнить с обычным участком кожи человека,
то это примерно в 100 тысяч раз больше.
Поверхность дна ямки как раз и реагирует на изменение потока инфракрасного тепла,
либо когда движется излучающий объект в поле зрения, относительно
более холодного окружения, либо когда змея сама делает сканирующие движения головой.
И рецептивные зоны там организованы по типу рецептивных полей «центр–периферия»,
примерно так же, как и, допустим, в сетчатке.
Стимуляция центра поля теплом вызывает короткий залп активности нейрона.
А если в центр поля помещается холодная пластинка, то активность подавляется.
Если же холодный стимул помещается на периферию этого рецептивного поля,
возникает слабый ON-ответ.
Чувствительность ямок достаточно высока,
пороговый стимул составляет очень маленькую величину, а главное,
что они способны улавливать изменение температуры всего-то на 0,002 °C.
Это существенно выше, на целый порядок,
чем способность человека к определению изменений температуры.
То есть змея на тепловом фоне видит все, что холоднее или теплее этого фона.
За восприятие сигнала в нервных окончаниях отвечает определенный мембранный белок.
Он активируется именно тогда,
когда поток тепла от источника нагревает мембрану органа ямки.
И в результате происходит открытие ионных каналов в мембранах нервных клеток,
начинается деполяризация мембраны и в итоге возникает нервный импульс.
Такой тип рецепторов имеется и у млекопитающих.
Он может активироваться высокой температурой, и некоторыми химическими
веществами, например, компонентами горчицы, хрена, формалином или никотином.
Ямкоголовые змеи не просто воспринимают тепловое излучение,
они способны определить направление, откуда поступает тепло.
Рецепторы потому что расположены в углублениях и края ямок немножечко его
экранируют.
И вот это разнесение ямок на некоторое расстояние друг от друга обеспечивает
своеобразную бинокулярность восприятия.
Оно позволяет змее определить позу жертвы, размер,
направление прыжка, который нужно сделать и даже расстояние.
Анализ информации происходит в центральной нервной системе и там на
противоположной стороне формируется такая пространственно-топическая карта
инфракрасного пространства.
Наряду с удавами, питонами, гремучими змеями воспринимать инфракрасное
излучение способны вампировые летучие мыши.
Это единственные настоящие паразиты среди млекопитающих,
потому что они питаются свежей кровью млекопитающих и птиц.
Они охотятся в темноте, но практически не пользуются эхолокацией,
поскольку способны воспринимать инфракрасное излучение,
то на спящем теплокровном животном вампир находит участок кожи,
слабо покрытый шерстью или перьями.
За инфракрасную детекцию вампиров тоже отвечают окончания тройничного нерва,
но воспринимают излучение другие рецепторы, другой тип ионных каналов.
Такие рецепторы тоже присутствуют у других млекопитающих,
они активируются высокой температурой, выше 43 °C.
И тоже при воздействии некоторых химических веществ, например,
капсаицина — компонента перца чили.
Этот рецептор даже иногда называют капсаициновым рецептором.
Но у вампиров порог активации этого белка-канала ниже,
потому что образуется более короткая изоформа рецептора.
Некоторое время назад был проведен очень интересный эксперимент: лабораторным
крысам вживили датчик, который позволяет воспринимать инфракрасное излучение.
А датчик передавал сигнал в определенную область чувствительной коры,
в одном эксперименте — в соматосенсорную, в другом — в обонятельную,
в третьем — в зрительную.
Так вот зрительная кора оказалась наиболее подходящей для обучения — крысы обучались
связывать инфракрасное свечение с местонахождением источника
(там стояла поилка) всего за один день.
И вот этот эксперимент продемонстрировал очень важный момент: внедрение в
мозг устройства, обеспечив дополнительное восприятие,
не помешало работать имеющимся органам чувств.
А вот это уже позволяет надеяться и на пластичность коры головного мозга.
И вот тогда сенсорные протезы могут помочь человеку восстановить
утерянные при травме или инсульте сенсорные способности.
Или, уж если совсем фантазировать,
то может быть обрести дополнительные органы чувств.
[БЕЗ СЛОВ] [БЕЗ СЛОВ]
Ознакомьтесь с нашим каталогом
Присоединяйтесь бесплатно и получайте персонализированные рекомендации, обновления и предложения.
Coursera делает лучшее в мире образование доступным каждому, предлагая онлайн-курсы от ведущих университетов и организаций.
© Coursera Inc., 2018 Все права защищены.
