fotoreceptoriai ir ju veikimas

Turinys

Atsiradimas 2
Paplitimas 3
Moliuskai 4
Nariuotakojai 4
Bitės akis 5
Chordiniai 6
Žmogaus akis 8
Lęšiukas 8
Rainelė 9
Vyzdys 9
Gyslainė 9
Odena 9
Ragena 10
Tinklainė 10
Krumplynas 11
Regos nervas 11
Geltonoji dėmė 11
Įdomybės 11
Tripedalia cystophora (Medūza) 11
Jūrų gyvūnas – optikos pavyzdys 12
Naujausios technologijos gali išgydyti aklumą? 13
Nuorodos 15
Literatūra 15

Atsiradimas

Akys atsirado per evoliucijos akimirksnį ir visiems laikams pakeitė gyvenimo taisykles. Prieš atsirandant akims gyvenimas buvo švelnesnis ir ramesnis, pasaulyje dominavo nerangūs minkštakūniai kirminai, vinguriuojantys jūroje. Atsiradus akiai pasaulyje padaugėjo konkurencijos, jis tapo brutalesniu. Regėjimas gyvūnams suteikė galimybę tapti aktyviais medžiotojais bei pradėjo evoliucines ginklavimosi varžybas, pakeitusias pasaulį.
Pirmosios akys atsirado maždaug prieš 534 mln. metų – pačioje kambro periodo pradžioje. Pirmieji matantys organizmai buvo Redlichia pavadinta trilobitų grupė (11 pav.). Jų akys buvo sudėtinės, panašios į šiuolaikinių vabzdžių, ir tikriausiai išsivystė iš šviesai jautrių įdubimų. Jų atsiradimas fosiliniuose įrašuose yra neįtikėtinai staigus – dar prieš 544 mln. metų trilobitų protėviai neturėjo akių.
Taigi kas atsitiko per tuos stebuklingus 10 milijonų metų? Juk be abejonės akys yra pernelyg sudėtingos, kad galėtų atsirasti taip staiga, be priežasties. Tam paprieštarautų Lundo universiteto (Švedija) mokslininkas Danas-Ericas Nilssonas, apskaičiavęs, kad sudėtingos akys iš šviesai jautrių ląstelių plotelio gali išsivystyti vos per pusę milijono metų. Tačiau nenorima pasakyti, kad skkirtumas tarp šviesai jautrių ląstelių ir akių yra mažas. Labai tikėtina, kad šviesai jautrios ląstelės buvo įprastas reiškinys ilgą laiką prieš kambro periodą. Tokiomis ląstelėmis „apsiginklavę“ organizmai galėjo justi šviesą ir netgi galėjo nustatyti, iš kurios pusės ji sklinda. Tokie ru

udimentiniai jutimo organai vis dar naudojami medūzų, plokščiųjų kirmėlių ir kitų primityvių gyvūnų grupių ir jie be jokios abejonės yra geriau nei visai jokių regos organų. Tačiau tai tikrai nėra akys. Tikrai akiai reikia šio to daugiau – lęšio, kuris gali fokusuoti šviesą, būtiną vaizdui gauti. „Staiga gavus lęšį regėjimo efektyvumas padidėja maždaug nuo 1 procento iki 100 procentų“, – sakė Oksfordo universiteto (D.Britanija) zoologas Andrew Parkeris.
Trilobitai nebuvo vieninteliai akis „atradę“ organizmai. Biologai įsitikinę, kad akys galėjo nepriklausomai išsivystyti daugeliu atveju, nors genetiniai įrodymai verčia manyti, kad yra vienas visų akių protėvis. Tačiau bet kokiu atveju trilobitai buvo pirmieji.

Paplitimas

Akių suteikta pirmenybė buvo neįtikėtina. Kambro neregių pasaulyje regėjimą galima būtų prilyginti „superjėgai“. Trilobitų akys suteikė jiems galimybę tapti pirmaisiais aktyviais plėšrūnais, galinčiais ieškoti irr medžioti maistą taip, kaip to iki tol niekas nebuvo daręs, ir visai nenuostabu, kad jų grobis taip pat evoliucionavo. Vos po kelių milijonų metų akys gyvūnijos pasaulyje buvo natūralus reiškinys, o gyvūnai buvo aktyvesni ir apaugę apsauginiais šarvais. Šis evoliucijos spurtas šiais laikas vadinamas kambro sprogimu.
Tačiau regėjimas nėra universalus. Iš 37 daugialąstelinių gyvūnų tipų tik 6 tipų atstovai gali džiaugtis regėjimu, taigi gali pasirodyti, kad tai visai nėra didis gamtos išradimas. Bet nereikia pamiršti, kad šeši reginčiųjų gyvūnų tipai (chordiniai, na

ariuotakojai, moliuskai ir kiti) yra labiausiai paplitę gyvūnai pasaulyje.
Gyvūnai, neturintys fotoreceptorių (šviesos receptorių), yra labiau priklausomi nuo savo klausos ir uoslės negu nuo regos. Pvz., kurmiai, po žeme gyvenantys stuburiniai gyvūnai, daugiausia naudojasi uosle ir lytėjimu negu rega. Paprasčiausios sandaros fotoreceptorius (gr. phos, kilm. photos – šviesa + lot. receptor – gavėjas, priėmėjas) nustato tik tai, ar yra šviesos ir koks jos intensyvumas.
Vaizdą sukuriančias akis turi šešių grupių bestuburiai: apvaliosios, plokščiosios bei žieduotuosios kirmėlės, duobagyviai, moliuskai ir nariuotakojai.
Pačias primityviausias akis turi kai kurios jūrinės apvaliosios kirmėlės. Planarijų (apvaliųjų kirmėlių) „akys“ padeda nustatyti ar yra šviesos, koks jos intensyvumas ir kryptis. Plėšriosios daugiašerės kirmelės (žieduotosios kirmėlės) jau turi gerai išsivysčiusias sudėtingas, gebančias akomoduoti akis. Medūzos (duobagyviai) taip pat turi sudėtingas akis.

Moliuskai

Pilvakojai (Gastropoda) – rūšimis gausiausia moliuskų klasė. Galvoje yra 1-2 poros čiuopiklių ir akys, kurios būna čiuopiklių viršutinėje ir apatinėje dalyse.
Dvigeldžiai moliuskai tikrųjų akių neturi, bet kai kuriems būdingos antrinės kilmės paprastos akelės, išsidėsčiusios mantijos pakraščiuose.
Kai kurie moliuskai, pvz., kalmarai ir aštuonkojai, turi kamerinio tipo akis (tokias kaip ir stuburiniai gyvūnai). Vienintelis šio tipo akies lęšis fokusuoja matymo lauko vaizdą į fotoreceptorius, glaudžiai išsidėsčiusius vienas šalia kito. Kad pagerintų fokusavimą moliuskų lęšiukas juda pirmyn ir atgal.

Nariuotakojai

Nariuotakojai turi sudėtines (facetines) akis, sudarytas iš daugelio smulkių, atskirų, šešiakampių re

egėjimo vienetų, vadinamų omatidijomis (gr. ommatidion – akutė), arba facetėmis, kurių kiekviena turi visus reikalingus šviesai pajusti elementus. Omatidijose ir ragena, ir kristalinis kūgis veikia kaip lęšiai, nukreipiantys šviesos spindulius į fotoreceptorius. Fotoreceptoriai sukuria nervinius impulsus, kurie regos nervo skaidulomis pasiekia smegenis. Išorinės pigmentinės ląstelės sugeria nukrypusius ir išsisklaidžiusius šviesos spindulius, ir todėl jie nepereina iš vienos omatidijos į kitą. Visų sudirgintų regos vienetų sukuriamas vaizdas yra grubus, nes maža sudėtinė akis negali sutalpinti didelio skaičiaus regos vienetų (ir vis dėlto, jų gali būti net iki 28 tūkst.). Kaip nariuotakojų smegenys sujungia sudėtinės akies vaizdus į vieną suvokiamą vaizdą, nėra žinoma. Toks matymas vadinamas mozaikiniu.

Vėžiagyvių akys dviejų tipų: paprastos ir sudėtinės (facetinės).
Tokias pat akis turi ir vabzdžiai. Paprastos akelės yra smulkių apskritų kaip sagutės gumburėlių pavidalo, dažnai kitokios spalvos, negu fonas. Tokių akelių būna 1-3. Vorų paprastos akelės yra galvakrūtinės priekinėje dalyje. Jų būna nuo 2 iki 12, ir išsidėsčiusios 2-3 eilėmis. Geriausias regėjimas būdingas šokliavoriams.

2 pav. Kaip stovi bičių akys:A — motinos, B — darbininkės bitės, C — trano; n — sudėtinės akys. p — paprastosios akys
Bitės akis:

Bitė turi penkias akis: šonuose 2 dideles, sudėtines akis ir galvos priešakyje arba viršugalvyje 3 mažas, paprastas akis (2 pav.).

3 pav. Bitės sudėtinė akis. Aa — atskiros akelės.
Sudėtinės akys yra sudėtos iš daugelio mažų akelių (3 pav.). Motinos
abiejose akyse tokių ak

kelių yra 6000—10 000, darbininkės bitės akyse — 8000—12 500 akelių, o trano akyse — 14 000— 26 000 akelių. Taigi, trano sudėtinės akys beveik dvigubai didesnės už darbininkės bitės, ir viršugalvyje jos net susisiekia. Tiek daug akelių tranui reikia, kad jis galėtų greičiau motiną pamatyti. Juo greičiau motina apvaisinama, juo geriau, nes greičiau sugrįžta į lizdą ir mažiau pavojaus jai pražūti.

4 pav. Sudėtinės akies gabalėlis, apaugęs plaukeliais.

5 pav. Bitės paprastoji akis:
Ch — chitino skaidrioji plėvelė, Ep —odelė, Z — lęšiukas, Rl — regėjimo ląstelės, N — nervų siūleliai.
Spėjama, kad kiekviena akelė duoda tik daikto dalies vaizdą. Iš tų dalelių, kaip iš akmenėlių, drauge sudėtų, gaunamas visas daikto vaizdas. Vaizdas matomas tiesioginėje padėtyje, kaip jis yra (ne aukštyn kojomis). Sudėtinėmis akimis bitė gali matyti tiktai šviesoje ir jomis ji naudojasi tiktai išlėkusi oran. Sudėtinėmis akimis aiškiau matomi tik tolimi daiktai. Tarp atskirų akelių yra chitino plaukelių, kurie saugoja akį nuo sužeidimo (4 pav.).

Paprastųjų, arba mažųjų, akių bitė turi 3. Jos sudėtos galvoje trikampiu. Motinos ir darbininkės bitės akys yra beveik viršugalvyje, o trano — galvos priešakyje. Jo sudėtinės akys užima visą viršugalvį ir mažąsias akis nustumia į priešakį (2 pav.). Bitės paprastosios akys panašios į žmogaus akis (5 pav.). Paprastosios akys yra labai jautrios. Jomis bitės mato ir prietamsyje. Paprastosiomis akimis bitė aiškiai mato tik artimus daiktus. Žiūrėdama sudėtinėmis ir paprastosiomis akimis kartu, bitė gauna supratimą apie daikto tolumą. Jei ji aiškiai mato daiktą sudėtinėmis akimis ir neaiškiai paprastosiomis akimis, supranta, kad tai tolimas daiktas.

Ar bitė skiria spalvas? Tyrimai parodė, kad bitė atskiria 6 spalvas: geltoną, mėlynai žalią, mėlyną, tamsiai raudoną (purpurinę), violetinę ir ultravioletinę. Žmogus ultravioletinės spalvos nemato, o bitės šitą spalvą labai gerai mato, nes daugelis augalų žiedų turi ultravioletinę spalvą (ją turi reproduktyviosios žiedų dalys, nektaro indikatoriai, kur vabzdžiai atskrenda maitintis nektaru ir tuo pat metu perneša žiedadulkes).

Bitės atskiria ir daiktų pavidalus (formas), kurie panašūs į augalų lapus arba žiedų lapelius; trikampių, keturkampių ir panašių daiktų pavidalų jos neatskiria. Bitės atskiria ir žiedų lapelių skaičių, ypač penkialapius žiedus. Bitės daug aiškiau mato judančius daiktus, negu stovinčius. Todėl jos greičiau puola žmogų bėgantį arba mosikuojantį rankomis.

Chordiniai

Pirmieji į sausimą išlipę stuburiniai gyvūnai galėjo geriau jausti spalvas už mus. Žuvys, iš kurių išsivystė ropliai, paukščiai ir žinduoliai, savo akyse turėjo keturių rūšių spalvų receptorius, tuo tarpu žmonės ir kiti dabar gyvenantys primatai teturi tik trijų. Tokią išvadą paskelbė Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje regos specialistas Mickey Rowe.
Nemažai įvairioms rūšims priklausančių gyvūnų, nuo varnėnų iki chameleonų ir auksinių karosų, turi keturis spalvų receptorius. Ketvirtasis pigmentas yra jautrus ultravioletinei spinduliuotei, todėl mums baltai atrodančias gėles kai kurie paukščiai matys visai kitaip.
DNR sekos tyrimai rodo, kad atitinkami paukščių ir žuvų, turinčių visus keturis spalvų fotoreceptorius, genai yra panašūs. Taigi ir bendri šių gyvūnų ir žinduolių protėviai tikriausiai turėjo visus keturis receptorius. Bet pirmieji žinduoliai buvo naktiniai gyvūnai, kuriems spalvinė rega mažai reikalinga, todėl dviejų spalvų fotoreceptoriai paprasčiausiai nunyko. Kai kurie dabartiniai primatai teturi žalios ir raudonos spalvų receptorius.

Bet Rowe sako, kad, nežiūrint to, kad senovės ropliai galėjo jausti platesnį šviesos spektrą, mes suvokiame jį geriau. Spalvinė rega priklauso ne tik nuo to, ką registruoja akis, bet ir nuo to, kaip akies signalus apdoroja smegenys, o žmogaus smegenyse regos signalams yra skirtas didelis smegenų plotas. Niekas nepasakys, kaip suvokia spalvas kiti žinduoliai, bet žmonės gali skirti iki dviejų milijonų skirtingų atspalvių.
Daugelio stuburinių akys projektuoja vaizdą į šviesai jautrų sluoksnį, vadinamą tinklaine. Iš ten nerviniu impulsu vaizdas perduodamas per regėjimo nervą į smegenis. Daugiau apie stuburinių akis pateikta 1 lentelėje.

Žinduolių regėjimo organai gerai išsivystę, tačiau jie nėra tokie svarbūs kaip paukščiams. Gana tobulas primatų bei atvirose vietose gyvenančių kanopinių regėjimas. Nuolat po žeme gyvenančių žinduolių (kurmio, aklio) akys labai mažos arba būna tik apaugusios oda liekanos.
Paukščių akys didelės, akiduobėse beveik nejuda, jas saugo viršutinis ir apatinis vokai bei mirksimoji membrana. Laisvai judinti akis gali tik pingvinai, pelikanai, kormoranai. Tinklainę maitina gausi kraujagyslių atauga. Akies odeną palaiko žiedu išsidėsčiusios kremzlės arba kaulinės plokštelės.
Roplių akys su gerai išsivysčiusiais vokais. Gyvačių ir gekonų viršutinis ir apatinis vokai suaugę, skaidrūs. Akys akomoduoja dvejopai – keičiant lęšiuko formą arba jo atstumą iki tinklainės.
Varliagyviai turi dvi dideles iššokusias horizontaliu vyzdžiu akis viršutinėje galvos dalyje, pridengtas vokais: odiniu – viršutiniu ir judriu – apatiniu. Dažnai mirksi, todėl drėgni vokai sudrėkina akių paviršių ir jis neišdžiūsta bei pašalina prilipusias dulkeles.
Žuvų akys gerai išsivysčiusios, todėl jos mato daiktų formą ir spalvą. Akys įvairaus dydžio, galvos šonuose akomoduoja keičiant lęšiuko atstumą iki tinklainės. Žuvų akys vokų neturi.

1 lentelė. Stuburinių akys.

Žmogaus akis:

tai ištįsęs apie 2,5 cm skersmens rutulys vaizdui suvokti. Skirtingai nuo daugelio gyvūnų akių, žmogaus akis sudėtingesnės sandaros, geriau skiria spalvotą vaizdą. Akį dengia trys sluoksniai arba dangalai: išorinis – odena, yra neperšviečiamas, baltas skaidulinis, dengiantis didumą akies paviršiaus; plonas vidurinis – gyslainė, kuriame daug kraujagyslių ir pigmento; vidinis – tinklainė, kuriame yra regos receptoriai. 6 pav. Akies sandara.

Lęšiukas (lot. lens) – skaidrus, 2 lentelė. Akies dalys ir funkcijos.
Lęšiukas Laužia ir fokusuoja šviesos spindulius
Rainelė Reguliuoja šviesos srautą, patenkantį į akį
Vyzdys Į akį praleidžia šviesą
Gyslainė Tiekia akiai kraują ir sugeria nuklydusius spindulius
Odena Apsaugo ir sutvirtina akies obuolį.
Ragena Laužia šviesos spindulius
Tinklainė Talpina regos receptorius
Krumplynas Laiko lęšiuką, keičia jo formą akomoduojant akį
Regos nervas Perduoda nervinius impulsus į smegenis
Geltonoji dėmė Garantuoja aštrų regėjimą
minkštos konsistencijos kūnas, praleidžiantis spindulius į akį, juos suglaudžiantis ir dalyvaujantis akomodacijoje. Savo forma primena išgaubtą lęšį. Akyje lęšiukas yra už rainelės, užpakaliniu paviršiumi atsirėmęs į stiklakūnio priekinėje dalyje esantį įdubimą. Labiausiai iškilę priekinio ir užpakalinio lęšiuko paviršiaus taškai vadinami lęšiuko poliais. Abu polius jungia 3,6 mm ilgio lęšiuko ašis, ekvatorius, kurio skersmuo apie 9 mm. Prie lęšiuko ties ekvatoriumi prisitvirtinęs lęšiuko pasaitėlis. Lęšiuką dengia kapsulė – labai plona elastinga plėvelė. Priekiniame paviršiuje kapsulė storesnė. Lęšiukas auga visą gyvenimą, senosios jo dalys centre susispaudžia, lęšiukas storėja, sunkėja. Sulaukus 25-30 metų, jau išsiskiria lęšiuko branduolys, kuris, žmogui senstant, didėja ir kietėja. Kinta lęšiuko spalva. Naujagimio lęšiukas skaidrus, vėliau įgauna gelsvą atspalvį. Lęšiukas neturi nervų ir kraujo indų, jį difuziškai maitina vandeningas skystis, esantis akies kamerose.

Rainelė (lot. iris) – akies priekinės dalies raumeninė diafragma, reguliuojanti į akį patenkantį šviesos srautą. Ji skritulio formos, 10-12 mm skersmens, jos centre yra apvali anga – vyzdys. Rainelė prasišviečia pro rageną, tačiau nuo jos yra toliau. Rainelė yra 0,4 mm storio, jos stromą sudaro jungiamojo audinio skaidulos, kraujagyslės. Savo laisvuoju kraštu rainelė prisiglaudusi prie lęšiuko ir šliaužioja jo paviršiumi. Kai lęšiuko nėra, tuomet rainelė nebeturi atramos ir akį vartant ji ima drebėti.
Ranelės stromoje yra chromatoforinės ląstelės, kurios turi pigmento melanino. Nuo šio pigmento kiekio priklauso rainelės spalva, kuri senastant kinta. Dažniausiai abiejų akių spalva vienoda, tačiau pasitaiko ir skirtingų spalvų. Albinizmo atvejais nėra nei strominio, nei retininio pigmento, tokių rainelių spalva pilkai rausva nuo prasišviečiančių kraujagyslių. Rainelė reguliuoja šviesos patekimą į akį ir dalyvauja akomoduojant.
Rainelės priekinis paviršius nelygus ir kiekvieno žmogaus yra kitokos. Pagal tai, kaip pakinta to paviršiaus piešinys ir kaip yra pasiskirstęs pigmentas, gali būti diagnozuojamos kitų organų veiklos sutrikimas. Šitoks nustatytmo būdas vadinamas iridodiagnostika.

Vyzdys (lot. pupilla) – maža apvali angelė rainelėje, praleidžianti į akį šviesą. Vyzdys atrodo juodas, nes didžioji dalis per jį einančios šviesos sugeriama audinių akies viduje. Vyzdžio dydis 2,5-6 mm. Jis refleksyviai susitraukia ir išsiplečia priklausomai nuo patenkančio šviesos kiekio ir nuo akomodacijos. Vyzdį siaurina žiedinės raumeninės skaidulos, o jį plečiančios raumeninės skaidulos yra spindulinės krypties.
Gyslainė (lot chorioidea) – plona minkšta membrana, kurioje gausus kapilarų tinklas, maitinantis išorinius tinklainės sluoksnius ir reguliuojantis jų temperatūrą. Ji yra rudos spalvos, apie 0,1-0,2 mm storio. Priekyje gyslainė pereina į krumplyną ir tęsiasi iki regos nervo angos. Ji turi penkis sluoksnius. Išorinis sluoksnis prisiglaudęs prie odenos, bet su ja nesuaugęs, lengvai atsiskiria. Gyslanėje gausu kraujagyslių, ypač gausus kapiliarų tinklas yra ties geltonosios dėmės sritimi.

Odena (lot. sclera) – skaidulinis akies obuolio dangalas, apsaugantis ir sutvirtinantis akies obuolį. Ji standi, baltos spalvos, sudaro 5/6 viso akies obuolio ploto. Suaugusių žmonių sklera panaši į virto kiaušinio baltymą, todėl dar vadinama baltyminiu dangalu. Vaikų odena yra plonesnė ir pro ją prasišviečia kraujagyslinis dangalas, dėl to yra melsvai pilkšvos spalvos. Priekyje odena pereina į rageną, užpakalinėje akies obuolio dalyje – į regos nervo apvalkalus. Odena priekyje yra apie 1 mm storio, o suplonėja ties ekvatoriumi, kur prie jos prisitvirtina akies obuolį judinamieji raumenys. Odenoje yra daug smulkių angučių, pro kurias pralenda kraujagyslės bei nervai. Matomos odenos dalies paviršių užkloja junginė.

Ragena (lot. cornea) – skaidrus priekinės akies dalies dangalas, laužiantis šviesos spindulius. Centrinė ragenos dalis 0,6-0,8 mm, periferijoje – 1,0-1,2 mm storio. Ragena yra skaidri, turinti apie 75 proc. vandens, sudaryta iš skaidrių skaidulų ir ragenos ląstelių. Rageną sudaro penki sluoksniai:
• daugiasluoksnis epitelis;
• priekinė elastinė membrana;
• ragenos stroma (substantia propria corneae);
• užpakalinė elastinė membrana (membrana Descemeti);
• užpakalinis ragenos epitelis (epithelium posterius corneae).
Kraujagyslių ragena neturi, ją maitina priekinės krumplyninės arterijos; ją inevruoja krumplyniniai nervai. Ragena gali labai jautriai reaguoti į įvairius dirgiklius. Ji padeda išlaikyti akies obuolio formą, praleidžia į akį šviesos spindulius ir juos laužia maždaug 43 dioptrijų galia.

Tinklainė (lot. retina, tunica interna bulbi) – plonutė, gležna akies plėvelė, kurioje fokusuojamas vaizdas. Gyvoje akyje tinklainė skaidri. Tamsoje buvusios akies tinklainė yra raudona, apšviesta ji išblunka, darosi bespavė. Po mirties ji tampa matine, o geltonosios dėmės sritis – geltona. Su gretimais audiniais ji glaudžiai jungiasi prie regos nervo disko. Pro regos nervo diską į tinklainę įeina ir išeina kraujagyslės, čia nėra švesai jautrių elementų. Tinklainė storiausia aplink regos nervo diską, toliau ji plonėja.
Tinklainė sudaryta iš nervinių elementų ir ramstinio audinio. Joje labai svarbios neuroepitelinės ląstelės: stiebeliai (lazdelės, lot. bacili) ir kūgeliai, kolbelės (lot. coni). Šiose ląstelėse šviesos energija virsta jaudinimu, kuris regos nervu sklinda į didžiųjų pusrutulių žievės pakaušio skiltį.
• Stiebeliai (lot. bacili). Jų yra apie 130-150 milijonų, išsisklaidę po visą tinklainę, labai jautrūs šviesai. Stiebeliuose randamas rodopsinas. Stiebeliai yra tinklainės periferijoje. Juos dirgina silpna prieblandos šviesa. Jie spalvų neskiria.
• Kūgeliai (lot. coni). Jų yra 6-7 milijonai, susikaupę centrinėje tinklainės dalyje. Kūgeliuose randamas jodopsinas. Kūgeliai susitelkę geltonojoje dėmėje. Jų dėka skiriame daiktų spalvą, jų formą, detales.

Aktyvuoti stiebelius pakanka blankios šviesos, todėl šios ląstelės užtikrina naktinį matymą. Stiebeliai, kurių akyje yra labai daug, taip pat geriau už kūgelius atskiria judesį, bet jie negali užtikrinti ryškaus ir spalvoto vaizdo. Todėl silpnoje šviesoje daiktai atrodo neryškūs ir pilki. Stiebelių išoriniame segmente, diskų membranoje yra daugybė rodopsino (gr. rhodon – rožė + opsis – rega) molekulių. Rodopsinas yra sudėtinė molekulė, sudaryta iš baltymo (opsino) ir pigmento, kuris yra vitamino A darinys ir vadinamas retinoliu, molekulės. Kai šviesa krenta ant retinolio molekulės, pataroji pakeičia formą, ir rodopsinas tampa chemiškai aktyvus. Stiebelių išorinio segmento membranoje yra daugybė jonų kanalų, kuriems tamsoje neleidžia užsiverti ciklinis guanozinmonofosfanas (cGMP). Dėl aktyvuoto rodopsino veiklos sumažėja cGMP kiekis, todėl užsidaro kai kurie natrio jonų kanalai. Stiebelių vidus tampa labiau neigiamas, todėl pakinta nervinių impulsų dažnumas iš pradžių bipolinėse, po to ir anglinėse ląstelėse, kuriomis perduodama informacija į galvos smegenis. Stiebeliai jautrūs silpnai šviesai todėl, kad viena rodopsino molekulė veikia daug baltymo molekulių, kurios sukelia daugelio cGMP molekulių skilimą. Taigi pradinis dirgiklis sustiprinamas – amplifikuojamas.
Kūgeliai, daugiausia susitelkę geltonojoje dėmėje ir jautrūs šviesai, atskiria daikto smulkias detales ir spalvą. Spalvotą matymą lemia trijų skirtingų rūšių kūgeliai, turintys pigmentus, vadinamus M (mėlynas), Ž (žalias) ir R (raudonas). Kiekvieną pigmentą sudaro retinalis ir opsinas, bet kiekvieno pigmento opsino sandara šiek tiek skiriasi, todėl skiriasi ir pigmentų šviesos sugėrimo charakteristikos. Manoma, kad spalvos pereinamieji atspalviai dirgina įvairias kūgelių kombinacijas, ir smegenys suvokia atsiunčiamus suminius nervinius impulsus kaip tam tikrą spalvą.

Krumplynas (lot. corpus cilare) – akies vidurinė kraujagyslinio dangalo dalis, esanti tarp rainelės ir gyslainės; laiko lęšiuką, keičia jo formą akomoduojant akį. Jis iš vidaus apjuosia priekinę akies obuolio dalį, yra 5-6 mm pločio. Priekinė dalis storesnė, krumpliuota. Priekiniame krumplyno paviršiuje yra apie 70 krumplyninių ataugų, kurių ilgis apie 3 mm, o storis – 1 mm. Šiose ataugose gaminamas akies skystis, kuris užpildo akies obuolio ertmes. Užpakalinė krumplyno dalis yra 4 mm pločio ir tiesiog pereina į gyslainę. Krumplyne yra raumuo, kurio skaidulos susitraukinėdamos gali keisti lęšiuko kreivumą.

Regos nervas (lot. nervus opticus) – tai baltoji smegenų medžiaga, kuri jungia tinklainę su smegenimis. Tinklainės ganglijinių ląstelių skaidulos sudaro regos nervą. Regos nervas perduoda nervinius impulsus į smegenis. Toje vietoje, kur regos nervas išeina iš tinklainės, nėra stiebelių ir kūgelių, todėl ši vieta vadinama akląja dėme.

Geltonoji dėmė (lot. macula lutea) – akies tinklainės vieta, garantuojanti aštrų rėgėjimą. Tai ovali gelsva sritis tinklainės centre su duobute viduryje, turinti tik kūgelių. Geltonoji dėmė yra apie 2 mm skersmens. Dienos šviesoje geltonoji dėmė yra ryškiausio spalvoto matymo vieta, o naktį ji beveik nejautri. Tada aktyvūs būna likusioje tinklainės dalyje esantys stiebeliai. Geltonoji dėmė – ryškiausia matymo vieta.

Įdomybės

Tripedalia cystophora (Medūza)

Australijoje atrasta medūza, kurios egzistavimas prieštarauja tradicinei evoliucijos teorijai. Itin sudėtingų regos organų dėka medūza galėtų tapti geriausiai matančiu gyviu, tačiau tam medūza neturi pakankamai išvystytos nervinės sistemos.

Tripedalia cystophora tropiniuose vandenyse rado švedų mokslininkas Denas Nilsenas. Jis suskaičiavo, kad medūza turi net 24 akis. 16 iš jų – įparsti fotoreceptoriai, o kitos – “kristalėliai”, kokius ir turi aukštesnieji gyvūnai. Medūzos matomumo laukas yra beveik 360 laipsnių, bet ji nesugeba sufokusuoti žvilgsnio ties aplinkiniais objektais. Regėjimas paprastai reikalauja aktyvaus galvos smegenų veikimo, tačiau, kaip žinome, medūzos tokių neturi.

Medūzos tradiciškai vaizduojamos evoliucinio vystymosi laiptų apačioje. Būdamos vienos iš paprasčiausių daugialąsčių, jos, kaip manoma, yra išsivysčiusios iš sliekų, o iš jų kilo daugelis kitų gyvūnų. Nervinės ląstelės, išdėstytos visame kūne ir sudarančios atskirus mazgus, negali atlikti “specialių” užduočių – tokių kaip sudėtingų vaizdų apdorojimas ar regos organų valdymas.

Mokslininkai kol kas negali pasakyti, kodėl medūzos išvystė “nereikalingą” organą, kuris nesuteikia jokių evoliucinių privalumų. Pagal Darvino teoriją, atsitiktinės mutacijos įsitvirtina ir yra perduodamos iš kartos į kartą tik tada, kai jas turintys gyvūnai labiau prisitaiko prie juos supančios aplinkos.
Jūrų gyvūnas – optikos pavyzdys

JAV mokslininkai tiria mažytę jūros žvaigždę, kurios spinduliai yra padengti tobulais lęšiais. Per šiuos lęšius žvaigždė gali matyti panoraminį vaizdą. Mokslininkai teigia, kad gyvūnas yra daug tobulesnis už bet kokias laboratorijoje sukurtas optikos sistemas. „Užuot kūrę ir bandę naujas technologijas, verčiau atsigręžkime į tai, ką jau sukūrė gamta“ – kalba Joanna Aizenberg iš „Lucent Technologies“ laboratorijos „Bell Labs“.
Žvaigždė gali matyti tokį vaizdą per kreidinius kalcito kristalus jos skelete. Jie kartu yra ginklas ir viską matanti akis, kuri padeda laiku pastebėti plėšrūną.
Prieš metus atradę tokią unikalią šios žvaigždės savybę mokslininkai dabar ieško būdų pritaikyti mechanizmą technologijose. „Lęšiai dengia visą kūną, yra nukreipti į visas puses ir leidžia matyti panoraminį vaizdą“ – kalbėjo J.Aizenberg BBC programoje „Go Digital“. „Tai savybė, kurią norėtume įdiegti vaizdo kamerose ir kituose optiniuose prietaisuose. Vietoje vieno lęšio, žiūrinčio viena kryptimi, galima turėti tūkstančius, nukreiptų į visas puses“ – aiškino ji. „Tokiu būdu galima matyti 360 laipsnių erdvės vaizdą“.
Remiantis tuo principu galima kurti ir ateities ryšių tinklus. Dauguma šiandien naudojamų optinių kabelių perduoda informaciją nuo taško iki taško. Lęšiai sufokusuoja ir perduoda šviesoje užkoduotus vienetukus ir nuliukus į reikiamą vietą.
Mokslininkai tikisi, kad procesą galima paversti efektyvesniu ir padidinti perduodamos informacijos kiekį. „Šie gyvūnai fokusuoja šviesą 20 kartų geriau už bet kokius žmogaus pagamintus lęšius. Taigi galėtume pasimokyti, kaip pagaminti 10 ar 20 kartų geresnius lęšius“ – kalbėjo J.Aizenberg.

Naujausios technologijos gali išgydyti aklumą?

Šiuo metu pasaulyje daugybė mokslininkų įvairiose šalyse (pagrinde JAV ir Japonijoje) bando „išgydyti“ aklumą. Toliau pateikta keletas pavyzdžių kokiu keliu jie eina ir kaip jiems sekasi:

• 2004 metų birželio pabaigoje Čikagoje trims ligoniams, beveik praradusiems regą, gydytojai į akis implantavo dirbtines tinklaines. Kol kas nei vienam iš pacientų – 59 m. dvyniams ir 72 m. vyriškiui – nepastebėta kokių nors ženklų, kad organizmas implantus atmestų. Taigi pirmoji medicinos istorijoje tinklainės implantavimo operacija pavyko. Ši procedūra – pirmasis žingsnis siekiant gražinti regą apakusiems žmonėms.
Operaciją medikai pradėjo trejose vietose įpjaudami paciento akies baltąją dalį. Vėliau tinklainėje buvo atvertas nedidelis plyšys, per kurį suleistas specialus skystis. Tokiu būdu tinklainės dalis atkeliama nuo akies dugno.
Į tarpą tarp atkeltos tinklainės ir akies dugno suleidžiama “dirbtinė silicio tinklainė” (“Artificial Silicon Retina” – ASR). ASR – maždaug 2,5 mm skersmens bei 0,025 mm storio mikroschema. Joje yra 3500 miniatiūrinių šviesai jautrių elementų, kurie šviesos signalus verčia elektriniais impulsais.
Mikroschema pakeis pažeistus fotoreceptorius – šviesai jautrias tinklainės ląsteles. Po paskutinės atliktos operacijos pacientų regėjimas bus pakankamas atskirti veidus ir matyti daiktus kambaryje, praneša dienraštis “The Daily Telegraph”.

• Šioje srityje dirba ir NASA mokslininkai. Hjustone esančio NASA tyrimų centro mokslininkams pavyko sukurti dirbtinę akių tinklainę. “Jei mums pasiseks pakeisti sužalotus akies stiebelius ir kūgelius dirbtiniais,” – kalbėjo Hjustono universiteto profesorius Aleksandras Ignatjevas, vadovavęs dirbtinės tinklainės kūrimo projektui, – “tai aklas žmogus galės bent dalinai atgauti regėjimą”.
NASA sukurta dirbtinė tinklainė sudaryta iš maždaug 100 tūkstančių mikroskopinio skersmens keramikinių detektorių – kiekvieno jų skersmuo maždaug 20 kartų mažesnis nei plauko. Superplona plokštelė, kurioje įmontuoti detektoriai, “užauginama” specialioje terpėje sluoksnis po sluoksnio, atomas po atomo. Šią technologiją NASA sukūrė žemaorbitiniu palydovu “Wake Shield Facility” atliekamų eksperimentų metu.
Kol kas mokslininkai negali pasakyti, kokiu būdu žmogaus smegenys priims iš dirbtinės tinklainės siunčiamus signalus, kai ji bus persodinta į akį. Tačiau jie viliasi, jog organizmas ras būdą prisitaikyti. Tiesa, to gali tekti mokytis – naujas akis gavusiam žmogui teks išmokti jomis naudotis kaip kūdikiui vaikščioti.

• Pietų Kalifornijos universiteto ir Doheny akių instituto (JAV) mokslininkai pristatė duomenis apie pirmuosius šešis pacientus, kuriems buvo implantuoti intraokuliniai tinklainės protezai, dažniau vadinami dirbtine tinklaine. Oftalmologijos profesorius ir projekto vadovas Markas Humayunas sakė, kad visi šeši anksčiau visai nematę pacientai, kuriems buvo įsodintos tinklainės, sugeba pastebėti šviesą, atpažinti aplinkoje esančius objektus ir netgi suvokti judesį.
Duomenys, rinkti nuo 2004 metų lapkričio, rodo, kad šeši pacientai, kuriems nuo 5 iki 33 mėnesių prieš pradedant rinkti duomenis į „blogesnę akį“ buvo įsodinta po tinklainės protezą, galėjo „lokalizuoti poziciją ar suskaičiuoti didelio kontrastingumo objektus 74-99 procentų tikslumu“, – sakė projekto vadovas. Be to, pacientai galėjo atpažinti paprastas figūras, tai yra, nusakyti L raidės formos objekto erdvinę padėtį 61-80 proc. tikslumu.
Mokslininkai taip pat pažymėjo, kad kai protezui netiekiama elektros energija, tiriamieji lygiai kaip ir prieš tinklainės įsodinimą buvo visiški neregiai. Tai reiškia, regėjimas pagerėjo ne dėl to, kad elektra stimuliavo natūralią tinklainę.
Iki šiol tyrimo dalyviai buvo tik žmonės, dėl akies degeneracinės ligos pigmentinio retinito visiškai arba beveik visiškai netekę regėjimo. Tačiau tikimasi, kad kada nors protezą bus galima panaudoti gydant ir senatvinę geltonosios dėmės degeneraciją. Pasaulyje yra 25 mln. žmonių, kurie visiškai arba iš dalies neteko regėjimo dėl pigmentinio retinito ar geltonosios dėmės degeneracijos. Prognozuojama, kad iki 2020 metų šis skaičius padvigubės.
Abi minėtos ligos regą silpnina naikindamos tinklainės ląsteles, kurios leidžia šviesą paversti atpažįstamais vaizdais.
Intraokuliniai „Second Sight“ tinklainės implantai – pirmasis žingsnis siekiant sunaikintas ląsteles pakeisti 4×4 platinos elektrodų tinkleliu, ištiestu silikone. Elektrodus belaidžiu būdu stimuliuoja išorinis valdiklis, prijungtas prie vaizdo kameros, kuri tvirtinama prie galvos.

• Japonijos mokslininkai sako, kad milijonai aklų žmonių galės atgauti regėjimą dirbtinių akių pagalba. Manoma, kad tokia technologija leis žmonėms suskaičiuoti rankų pirštus pusės metro atstumu nuo akių, skaityti dideles raides, atpažinti šviesoforo bei kitus signalus.

Japonijos vyriausybė ir trys universitetai šiuo metu dirba prie dviejų regėjimo atstatymo projektų.
Vienas jų remiasi mažyčio puslaidininkio implantacija į tinklainę. Puslaidininkis, tiksliau – fotodiodas, stimuliuoja tinklainę, o ji siunčia signalus į smegenis, kur formuojamas vaizdas.
Kitu atveju į akinius įmontuojamas šviesai jautrus įrenginys, kuris siunčia signalus į kitą prietaisą už akies obuolio, kur fiksuojamas vaizdas. Tuomet vaizdas perduodamas infraraudonaisiais spinduliais į įrenginį, implantuotą tinklainėje.
Japonijoje apie 16000 žmonių kasmet praranda regėjimą dėl amžiaus, ligos ar nelaimingų atsitikimų. Vis daugiau žmonių nusižudo apimti depresijos dėl blogėjančio regėjimo.
”Sunday Times” praneša, kad prieš pritaikant įrengimus žmonėms, bus atlikti bandymai su gyvūnais.

Nuorodos

http://www.1800contacts.com/vision101/ – Tinklapis skirtas supažindinti su vieno svarbiausių žmogaus organų – akies veikimu ir sandara. Sekdami paprasta schema sužinosite, iš kokių dalių sudaryta žmogaus akis, bei, kas įdomiausia, kaip ji sugeba matyti. Aiškiai schematiškai, turbūt idealiai „flashu“ pavaizduota, kaip gaunamas vaizdas. Taip pat pamatysite, kaip atrodo akis esant dažnai pasitaikantiems regėjimo sutrikimams, tokiems kaip trumparegystė ar toliaregystė. Tinklapis anglų kalba.

http://akis.lass.lt – Turbūt išsamiausias, aiškiausias tinklapis apie akies sandarą, veikimo principus, ligas ir kita lietuvių kalba.
Literatūra

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Eye – Enciklopedija internete.
2. http://www.lva.lt/vetzoo/Nr_21/pdf/lasys.pdf – šuns akis.
3. http://www.mbayaq.org/efc/living_species/default.asp?hOri=0&hab=11&inhab=448 – Tripedalia cystophora
4. http://bitininkas.tinklapis.lt/BITE/kuno_sandara.htm#akys – bitės akis.
5. Sylvia S. Mader BIOLOGIJA 2 knyga (478 – 483 psl.)

Leave a Comment