جانوران چگونه زير آب مي بينند؟

به علت ميدان ديد ذاتي و جذابيت جانوران ساکن خشکي مورد علاقه ما، غالباً براحتي فراموش مي شود که حيات مهره داران و در نتيجه چشم مهره دار اساساً در آب تکامل يافته است.به علاوه، حتي در موجوداتي که به خشکي مهاجرت کرده اند روشهايي يافت شده که بر اساس آنها، اين موجودات چشمان خود را از غوطه ور شدن در آب شور دور نگه مي دارند.پس هم چنانکه اقيانوس زادگاه چشم بوده، شايسته است که سازگاريهاي پيچيده لازم جهت امکان ديد در دنياي آبي را هم بدانيم.
وقتي شخصي با استفاده از وسايل غواصي در يک درياچه يا استخر با چشمان باز شنا مي کند، مي داند که نور آنچناني در زير آب وجود ندارد.آب،علاوه بر اينکه بطور باورنکردني نور را سريعتر از هوا جذب مي کند، بلکه آن را در ابعاد مختلف پخش و پراکنده مي سازد.بنابراين، چشم يک موجود مهره دار عالي در ناحيه نسبتاً تاريکي تکامل يافته که فشارهاي موجود در اين ناحيه به طور قابل توجهي جانوران را به بالا و پايين حرکت مي دهد.

جانوران آبزي چگونه چشمان خود را از فرو افتادن و ترکيدن محافظت مي کنند؟
 

چشمها توسط فشار مايع اطراف، استوار و پابرجا نگه داشته مي شوند.منشا اين فشار که بعنوان يک عامل مهم، تکامل چشم مهره دار را تحت تاثير قرار داده، اسمز است.
در مهره داران ساکن خشکي از جمله انسان، مايع چشم از اجسام مژگاني(مجموعه اي از بافت ترشحي و ماهيچه اي در سمت داخلي چشم واقع در لبه عدسي)تراوش مي يابد.
در سطح داخلي جسم مژگاني زوايدي وجود دارند که مايع درون چشمي را ترشح مي کنند و در نتيجه فشار مايع را در درون چشم در سطح بالايي نگه مي دارند.اين مايع به همان نسبتي که توليد مي شود، يا به خون منتقل شده يا از طريق کانالي جمع آوري و خارج مي گردد و از اين طريق، فشار داخل چشم را ثابت نگه مي دارد.ماهي ها به اين علت که آب همه اطراف آنها را در برگرفته است، اجسام مژگاني ندارند.جهت حفظ تعادل آب در داخل و خارج چشم، ماهيهاي ساکن آب شيرين، آب را بطور مستقيم و بر اساس اسمز از طريق قرنيه به داخل چشم جذب مي کنند و هرگونه نمک اضافي چشم حذف و به ادرار آنها ترشح مي شود.کوسه ها ميزان بالايي از اوره را در خون و چشم هاي خود نگه مي دارند.اين مسئله به آنها اين امکان را مي دهد که فشار اسمزي داخل چشم ها را از آب شور اطراف بالاتر نگه داشته و از اين طريق استواري چشمها را امکان پذير سازند.ماهي هاي استخواني دريايي غلظت نمک پايين تري نسبت به آب دريا در چشمهاي خود دارند.در نتيجه، از لحاظ نظري، چشم بايستي به علت خروج آب از داخل آن در اثر اسمز، بسته شده يا چروکيده شود.اين ماهي ها بطريقي که مکانيسم آن ناشناخته است، فشار مايع داخل چشم ها را عليرغم تفاوت اسمزي، حفظ مي کنند.

ماهي ها چگونه با ويژگي هاي نوري آب سازگار شده اند؟
 

آب نه فقط مقدار نور، بلکه نوع نور نفوذي به دنياي ماهي ها را کاهش مي دهد.کاهش نور خورشيد در ستون آب خيلي سريع رخ مي دهد.بطور ميانگين 90 درصد نور در عمق 10 متري و 99 درصد آن در عمق 40 متري حذف شده است.طول موج هاي مختلفي از نور در اعماق مختلف جذب مي شوند.نور فوق بنفش(Uv)در چند ميلي متر اول آب جذب مي شود و نور مادون قرمز در چند سانتي متر اول آب حذف مي گردد.در مورد نور مرئي، طول موجهاي قرمز در 5 متر اول يا همين حدود ناپديد شده و بدنبال آن نورهاي زرد ناپديد مي شوند.در نهايت در عمقي حدود 100 متر تمامي امواج باقيمانده به شکل باند باريکي از طول موجهاي سبز- آبي درمي آيند.(540-510 نانومتر)در اعماق پايين تر از 200 متر آب، تاريکي مطلق حاکم است.اين امر باعث مي شود که چشم هاي ماهي ها حساسيت زيادي به نور آبي داشته باشند (طول موج 520 نانومتر).رنگدانه هاي بينايي ماهي که رودوپسين ناميده مي شوند، رنگدانه هاي پروتئيني حساس به نور هستند که در سلول هاي استوانه اي شبکيه يافت شده اند.وقتي نور به چشم وارد شده و به شبکيه مي رسد مولکولهاي پروتئيني رودوپسين تحريک مي شوند.تغييرات بيوشيميايي در ساختار مولکول باعث ايجاد ايمپالس هاي الکتريکي شده که از طريق عصب بينايي اين اطلاعات به سمت مغز فرستاده مي شود.رودوپسين ها که در تمامي جانوران مهره دار يافت شده اند، رنگ سياه مايل به قرمز دارند.اين مولکول ها مانند جلبک هاي قرمز که در اعماق رشد مي کنند، فقط طول موج هاي سبز و آبي را که در ستون آب نفوذ کرده، جذب مي نمايند.بنابراين، رودوپسين شبيه جلبک، امواجي را که جذب نشده منعکس کرده که عمدتاً امواج قرمز نور است که باعث رنگ مايل به قرمز آنها مي شود.رودوپسين هاي خود ما انسانها نيز قرمز است صفتي که از اجداد آبزي به ما ارث رسيده است.

چرا ماهي چشم هاي حبابي (برآمده)دارد؟
 

ضريب شکست يک ماده شفاف مقياسي از سرعت نسبي نور در آن ماده با محيط است.وقتي نور از يک محيط به محيط ديگري وارد مي شود.مانند ورود نور از هوا به آب، سرعت آن پايين آمده و مسيرش تغيير مي يابد.همه مي دانند که وقتي به اشياء داخل آب نگاه مي کنيم، از اندازه واقعي کوچکترند يا درجاي واقعي خودشان ديده نمي شوند.
بافت قرنيه نيز ضريب شکستي شبيه آب دارد.به اين معني که قرنيه ماهي تغييري در مسير حرکت نور از آب به داخل چشم ها ايجاد نمي کند.در چشم هاي ما نور هنگام حرکت از قرنيه کند شده و شکسته مي شود-قرنيه شبيه يک عدسي عمل کرده و نور بيشتري را از ميدان وسيع ديد جمع آوري مي کند.اما قرنيه در زير آب تاثير آنچناني ندارد، در نتيجه نور اولين بار در سطح عدسي هاي چشمان ماهي شکسته مي شود.يعني چشم ماهي از قبل در يک محيط تاريک واقع بوده و از کمترين نور در دسترس و حداقل ميدان ديد تصوير تهيه مي کند.جهت تنظيم اين مسئله، عدسي هاي چشم ها از طريق حدقه به داخل برآمدگي هايي گرايش يافته و ديد پرسکوپيک يا پيراموني را امکان پذير مي سازد (ميدان ديد 180 درجه اي براي هر چشم).بدون وجود تحدب حدقه و سرچرخشي، ماهي ميدان ديد بسيار محدودي خواهد داشت.

ماهي چگونه چشم هايش را به شکلي کاملا مؤثر(شکلي که مقاومت آب را به حداقل مي رساند)درمي آورد؟
 

معمولاً وجود چشم هاي برآمده پريسکوپيک هميشه سودمند نيست.سايش آبي که از روي چشم حرکت مي کند، مي تواند باعث خراش قرنيه و در نتيجه آسيب به بينايي گردد.همچنين وجود چشم برآمده مستلزم تحمل فشار بالاي آب در لبه جلويي و فشار منفي در سطح پشتي چشم در موقع شناي سريع ماهي است.اين مسئله منجر به آسيب يا بدشکلي چشم مي شود.اغلب ماهي ها نوعي داد و ستد بين ديد پريسکوپيک و سرخطي داشتن(کمترين مقاومت در برابر حرکت)انجام مي دهند که بر اساس آن بتوانند سريعا شنا کنند.
نوعي سازش با تغيير شکل چشم همراه شده است.چشم بيضي شکل حداقل مقدار اصطکاک و مقاومت را ايجاد مي کند.کوسه ها در بين سريعترين ماهي هاي شناگر، چشم هاي کاملاً بيضوي دارند.سازش ديگر، وجود پلک هاي عمودي است-بافت شفاف نازکي که قرنيه را پوشانده، در نتيجه نه فقط اصطکاک، بلکه جريان هاي آشفته و گردابي اطراف چشم ها را نيز در موقع شناي ماهي کاهش مي دهد
منبع: www.ebiomedia.com
منبع: نشريه اطلاعات علمي -شماره 359