Buzz
Mắt hay nhãn là một phần của hệ thống thị giác. Nó giúp sinh vật có khả năng nhìn thấy và xử lý hình ảnh, đồng thời thực hiện một số phản ứng không liên quan đến tầm nhìn. Mắt phát hiện ánh sáng và chuyển đổi nó thành các xung điện hóa học trong tế bào thần kinh. Ở các sinh vật cao cấp, mắt là một hệ thống quang học phức tạp, thu thập ánh sáng từ môi trường, điều chỉnh cường độ ánh sáng qua một màng chắn, tập trung ánh sáng qua một cụm thấu kính điều chỉnh để tạo ra hình ảnh, sau đó chuyển đổi hình ảnh thành tín hiệu điện và truyền đến não qua các con đường thần kinh phức tạp kết nối với vỏ thị giác và các khu vực khác của não. Đôi mắt có khả năng phân giải cao có nhiều dạng khác nhau và 96% các loài động vật sở hữu hệ thống quang học phức tạp. Mắt cũng có mặt trong động vật thân mềm, hợp âm và động vật chân đốt.
Các 'đôi mắt' đơn giản nhất, như trong vi sinh vật, chỉ có khả năng phát hiện sự sáng tối của môi trường, đủ để nhận biết và điều hòa nhịp sinh học. Những đôi mắt phức tạp hơn có các tế bào hạch nhạy cảm trên võng mạc, gửi tín hiệu qua đường võng mạc đến nhân trên chéo để điều chỉnh sinh học và đến khu vực trước sinh để kiểm soát phản xạ ánh sáng đồng tử.
Tổng quan về mắt
Mắt phức tạp có khả năng phân biệt hình dạng và màu sắc. Nhiều sinh vật, đặc biệt là động vật ăn thịt, có các lĩnh vực thị giác lớn từ cả hai mắt để cải thiện khả năng nhận thức độ sâu. Ở những sinh vật khác, mắt được sắp xếp để tối ưu hóa tầm nhìn, như ở thỏ và ngựa, cho tầm nhìn một mắt.
Những đôi mắt nguyên thủy đầu tiên xuất hiện trong cuộc đại bùng nổ Cambri. Tổ tiên chung của động vật đã sở hữu những công cụ sinh hóa cần thiết cho thị lực, và mắt tiên tiến hơn đã phát triển ở 96% các loài động vật thuộc khoảng sáu trong số ~ 35 phyla chính. Ở phần lớn động vật có xương sống và một số động vật thân mềm, mắt hoạt động bằng cách cho ánh sáng vào và chiếu lên võng mạc, nơi chứa các tế bào nhạy cảm với ánh sáng. Các tế bào hình nón (nhận diện màu sắc) và tế bào hình que (nhận diện ánh sáng yếu) trên võng mạc phát hiện ánh sáng và chuyển đổi nó thành tín hiệu thần kinh để nhìn. Các tín hiệu thị giác sau đó được truyền đến não qua dây thần kinh thị giác. Những mắt này thường có hình cầu, chứa đầy chất gel trong suốt gọi là hài hước thủy tinh thể, với một thấu kính hội tụ và mống mắt; sự điều chỉnh kích thước của con ngươi do cơ xung quanh mống mắt thay đổi giúp kiểm soát lượng ánh sáng vào mắt và giảm quang sai khi có đủ ánh sáng. Mắt của hầu hết động vật chân, cá, lưỡng cư và rắn có thấu kính cố định và tầm nhìn tập trung bằng cách quan sát qua ống kính tương tự như cách máy ảnh lấy nét.
Mắt đa hợp xuất hiện ở động vật chân đốt và bao gồm nhiều khía cạnh đơn giản. Tùy thuộc vào cấu trúc giải phẫu, mắt này có thể tạo ra hình ảnh pixel hoặc nhiều hình ảnh trên mỗi mắt. Mỗi cảm biến có ống kính và tế bào cảm quang riêng biệt. Một số mắt có tới 28.000 cảm biến, sắp xếp theo hình lục giác và có thể cung cấp tầm nhìn 360°. Mắt hợp chất rất nhạy với chuyển động. Một số động vật chân đốt, như nhiều loài trong bộ Strepsiptera, có mắt với vài khía cạnh, mỗi khía cạnh có một võng mạc tạo ra hình ảnh, từ đó tạo ra tầm nhìn. Mỗi mắt nhìn thấy một phần khác nhau, và não kết hợp các hình ảnh từ tất cả các mắt để tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao rất khác nhau.
Tôm Mantis nổi bật với hệ thống thị giác màu sắc cực kỳ nhạy và chi tiết, được cho là phức tạp nhất trong thế giới tự nhiên. Trilobites, hiện đã tuyệt chủng, sở hữu đôi mắt ghép độc đáo, sử dụng các tinh thể canxit trong suốt để làm thấu kính. Khác với đa số động vật chân đốt có mắt mềm, trilobites có số lượng ống kính trong mỗi mắt khác nhau; một số chỉ có một, trong khi một số có hàng ngàn thấu kính.
Khác với mắt ghép, mắt đơn có cấu trúc chỉ với một thấu kính. Ví dụ, nhện nhảy sở hữu một cặp mắt đơn lớn với trường nhìn hạn chế, cùng với một dãy mắt nhỏ hơn hỗ trợ cho tầm nhìn ngoại vi. Một số ấu trùng côn trùng, như sâu bướm, có loại mắt đơn giản khác, thường chỉ cung cấp hình ảnh cơ bản, nhưng (như trong ấu trùng bọ cánh cứng) có thể đạt độ phân giải 4 độ vòng cung, nhạy cảm với phân cực và có khả năng tăng cường độ nhạy vào ban đêm gấp nhiều lần. Những mắt đơn giản nhất, gọi là ocelli, có thể thấy ở một số loài ốc, không thực sự 'nhìn' theo cách thông thường. Chúng có tế bào nhạy sáng nhưng không có ống kính hay cơ chế nào khác để chiếu hình ảnh lên tế bào. Chúng có khả năng phân biệt ánh sáng và bóng tối, giúp ốc sên tránh ánh nắng trực tiếp. Trong các sinh vật sống gần lỗ thông hơi dưới biển sâu, mắt ghép đã được đơn giản hóa và thích nghi với ánh sáng hồng ngoại từ các lỗ thông hơi nóng, cho phép chúng phát hiện và tránh nguồn nước nóng.
Phân loại mắt
Có nhiều loại mắt khác nhau trong thế giới động vật.
Nhiều loài chỉ có các tế bào thần kinh nhạy sáng để cảm nhận mức độ sáng tối của môi trường, mà không thể tạo ra hình ảnh hai chiều hay ba chiều. Ở sên, các tế bào nhạy sáng nằm sâu trong hốc, giúp cảm nhận hướng ánh sáng. Trong khi đó, ở ốc anh vũ, sự tiến hóa mạnh mẽ đã biến các tế bào nhạy sáng thành một võng mạc nằm sau một lỗ nhỏ, tạo ra hình ảnh hai chiều của không gian xung quanh theo cơ chế máy ảnh đục lỗ.
Các loài côn trùng thường sở hữu mắt đa hợp, với mỗi ống dẫn ánh sáng dẫn đến các tế bào thần kinh nhạy sáng, tạo thành một mảng ảnh. Mỗi ống dẫn ánh sáng có một thấu kính và các tế bào nhạy sáng độc lập. Số lượng ống dẫn ánh sáng trong một mắt đa hợp có thể lên đến hàng chục nghìn, được sắp xếp theo cấu trúc lục giác, cho phép tạo ra hình ảnh toàn cảnh. Mắt đa hợp rất nhạy cảm với chuyển động. Một số loài có đủ số lượng tế bào nhạy sáng để tạo ra hình ảnh riêng biệt.
Các động vật có dây sống và một số loài nhuyễn thể sử dụng thấu kính để hội tụ ánh sáng lên võng mạc, nơi chứa các đầu dây thần kinh nhạy cảm với ánh sáng. Các tín hiệu từ võng mạc được truyền về não để xử lý và tái hiện hình ảnh môi trường. Cá, rắn và một số loài lưỡng cư có thấu kính cố định, điều chỉnh hội tụ ảnh bằng cách di chuyển thấu kính xa hoặc gần võng mạc. Các loài khác thay đổi hình dạng thấu kính để điều chỉnh hội tụ ảnh. Lượng ánh sáng thu thập được có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh đồng tử. Kiểu sắp xếp dây thần kinh khác nhau giữa các loài, dẫn đến mắt động vật có vú có điểm mù, trong khi mắt bạch tuộc không có điểm mù.
Mắt đa hợp
Hầu hết các mắt đa hợp xuất hiện ở các loài chân khớp như côn trùng và giáp xác.
Mỗi mắt đa hợp có cấu trúc hình cầu, chia thành từ hàng chục đến hàng nghìn múi. Mỗi múi tiếp nhận ánh sáng từ một hướng cụ thể qua các thấu kính riêng, và ánh sáng này được truyền đến các tế bào nhạy sáng bên trong, có khả năng phân biệt độ sáng tối, và đôi khi cả màu sắc hoặc độ phân cực của ánh sáng. Bộ não của các loài chân khớp tổng hợp hình ảnh từ các tín hiệu riêng biệt của từng múi, tương ứng với từng hướng nhìn.
Mắt đa hợp có nhược điểm so với mắt đơn do không có thấu kính trung tâm hay võng mạc trung tâm để điều chỉnh độ hội tụ, dẫn đến việc tạo ra hình ảnh có độ phân giải thấp hơn. Tuy nhiên, mắt đa hợp có ưu điểm là quan sát được toàn bộ không gian mà không cần di chuyển đầu hay thay đổi cấu trúc cơ học của mắt, giúp theo dõi chuyển động nhanh dễ dàng hơn qua việc cảm nhận sự thay đổi cường độ sáng giữa các ống dẫn ánh sáng theo từng hướng. Các ống dẫn này cũng hỗ trợ quan sát độ phân cực ánh sáng.
Mắt đa hợp được phân thành hai loại chính và một số phân loại nhỏ, với một số ngoại lệ tùy thuộc vào cơ chế quang học tạo hình ảnh (như phản xạ, khúc xạ hoặc hấp thụ) và cơ chế xử lý tín hiệu của não.
Mắt đơn
Mắt đơn có cấu trúc tạo ra hình ảnh hai chiều của môi trường xung quanh trên võng mạc chứa các tế bào thần kinh nhạy sáng, nhờ vào hiện tượng khúc xạ qua thấu kính hội tụ.
Việc hình thành hình ảnh trên võng mạc với hàng triệu đến hàng trăm triệu tế bào thần kinh, thay vì chỉ vài nghìn ống dẫn như trong mắt đa hợp, giúp tăng cường đáng kể độ phân giải của hình ảnh hai chiều. Thêm vào đó, hình ảnh thu được có chiều sâu, cung cấp thông tin ba chiều về các vật thể ở xa hoặc gần nhờ vào sự thay đổi trong sự hội tụ của thấu kính.
Mắt của các loài động vật có dây sống đã tiến hóa độc lập so với mắt của mực và bạch tuộc, nhưng đã hội tụ về cơ chế hoạt động khá tương đồng.
